Рассмотрена проблема определения коэффициента концентрации напряжений у контактирующего с болтом отверстия (ККНк) в ослабленном сечении пластины из монослоя ортотропного композиционного материала. Сформулировано несколько предположений о характере изменения ККНк в зависимости от отношения диаметра отверстия к ширине пластины, а также от наличия ортотропии в материале пластины. Это позволило предложить формулу, прогнозирующую указанный коэффициент без проведения сложных расчетов контактных задач, используя известные аппроксимации для изотропного материала и решение Лехницкого-Солдатова для растянутой ортотропной бесконечной пластины со свободным отверстием. С использованием результатов численных расчетов методом конечных элементов краевых контактных краевых задач проведена верификация предложенной формулы, показана ее хорошая точность в практически применяемом диапазоне отношения диаметра отверстия к ширине пластины. Ключевые слова: коэффициент концентрации напряжений; 2D-ортотропия; конечно-элементные решения.
Problematic. At adaptation of a design of discs of rotor of air gas-turbine drives (GTD) it is necessary to conduct, in particular, strength calculations for what to create the computer models corresponding to stated designs (delineations) and operation conditions. If creation of a geometrical part of model does not call special difficulties the algorithm of creation of an is finite-element grid models for carrying out of calculations of performances of the disc stress-strain conditions (SSC) with blades can be modified taking into account development of programs for calculate. Research objective. To offer the algorithms allowing with the set exactitude to calculate performance of the SSC of discs with blades on personal computers, and also to represent outcomes in the form of schedules of type "surface". Realization technique. On an example of the disc of 2nd stage of the compressor of GTD the algorithm of construction of a three-dimensional is finite-element grid of the disc of GTD from the separate blocks which have been "pasted together" in a unified grid has been created. Numerical calculations (a contact problem of thermoelasticity, isotropic materials) are carried out. For preparation of construction of schedules of type "surface" the interface program of transformation of the table of columns in the two-dimensional table is created. The results of research. Are created and explicitly techniques of reaching of research objectives are described. Conclusions. The created techniques allow to carry out on the limited computer powers exact enough control calculations of discs with blades in three-dimensional statement, to conduct visualisation of distribution of stresses and contact forces of a zone of a contact "disc-blades" in the form of schedules of type "surface".
Рассмотрена проблема определения "эквивалентных" физико-механических характеристик (ФМХ) сотового заполнителя типа HEXCEL для их последующего использования в конечно-элементных расчетах. Необходимость исследования вызвана автоматизированным контролем качества вводимых характеристик программами на основе метода конечных элементов: нули не допускаются, а также проверяется соблюдение соотношений 3D-ортотропии введенных ФМХ. Было создано шесть конечно-элементных моделей сотового заполнителя марки 5056-6-23: три на основе трехмерных гексагональных конечных элементов (КЭ) и три на основе двумерных четырехугольных КЭ. Округления на сгибах алюминиевой фольги моделировали максимально точно (КЭ второго порядка аппроксимации), приближенно или игнорировали (КЭ первого порядка аппроксимации). На основе проведенных расчетов определены "эквивалентные" ФМХ сотового заполнителя, проведена оценка их точности (таблицы), выявлены проблемы и способы их преодоления. В заключение сформулированы обоснованные в расчетах методические рекомендации определения "эквивалентных" ФМХ сотового заполнителя типа HEXCEL, в которых максимально использована замена конечно-элементных расчетов на простые аналитические формулы. Ключевые слова: сотовый заполнитель; "эквивалентные" физико-механические характеристики, 3D-ортотропия, численное 3D моделирование; метод конечных элементов; методические рекомендации. Введение Применение сотового заполнителя (СЗ) в трехслойных композитных панелях (сотовых панелях, СП) космических аппаратов (КА) позволяет существенно облегчить конструкцию, обеспечив значительную жесткость СП [1-3]. При модельных расчетах несущих конструкций КА из СП, чтобы не моделировать все геометрические подробности СЗ и не получать громоздкие конечно-элементные модели, его часто заменяют на "эквивалентный" СЗ с "эквивалентными" физико-механическими характеристиками [1, 4-9]. Это может быть целесообразно, если напряженно-деформированное состояние (НДС) собственно СЗ не является целью расчетов. В противном случае, например, при определении условий потери устойчивости СЗ, или при относительно большой толщине СП, геометрические подробности моделировать необходимо. Тогда возникает вопрос о минимально затратной конечно-элементной модели, обеспечивающей достаточную точность расчетов. Рассматривали только СЗ типа HEXCEL, т.е. с шестигранным в плане очертанием (рис.1-а), из металла. На первый взгляд, проблема назначения "эквивалентных" физико-механических характеристик таких СЗ решена [4-9]. Постулируется значимость лишь трех модулей упругости: модуля Юнга вдоль оси сотовой ячейки Z E и двух модулей сдвига: XZ G и YZ G . Остальные модули упругости рекомендуют принять равными нулю [1, 4-6]. Но такая рекомендация в компьютерных расчетах не может быть использована, т.к. программа "не принимает" нулевые значения [10, 11]. Введение произвольно малых чисел тоже может блокироваться программою из-за их несоответствия обязательным соотношениям между характеристиками формально 3-D ортотропного материала [10, 11]. Но есть еще и прецизионные конструкции, при...
Проблематика. При проектуванні болтових з'єднань (БЗ) необхідно, зокрема, проводити їхні перевірочні розрахунки на міцність. При цьому бажано застосовувати експрес-аналіз: розрахунки по простих формулах достатньої точності. Один з основних розрахунків БЗ на міцність -розрахунок на розрив перетину, ослабленого отвором. Для БЗ пластин із шаруватих полімерних композиційних матеріалів (ПКМ) проблема ще не вирішена. Ціль дослідження. Провести перевірку точності двох відомих формул експрес-розрахунку величини коефіцієнтів концентрації напружень (ККН) при контакті отвору з болтом, на контрастних прикладах матеріалів і схем армування пластини із ПКМ. Методика реалізації. Були проведені чисельні розрахунки із застосуванням методу скінченних елементів (контактна задача) для БЗ пластини із шаруватого ПКМ. Передбачалася 3D-ортотропія кожного моношару. Перевірялися дві прості формули експрес-аналізу. Результати зведені в таблицю. Наведені ілюстрації. Результати дослідження. Отримано числові оцінки, що характеризують ступінь впливу характеристик матеріалу й схеми армування в пластині із шаруватого ПКМ і точність розглянутих формул. Висновки. Зміна матеріалу й схеми армування шаруватого ПКМ призводить до істотної зміни значень ККН у навантаженого болтом отвору в ослабленому отвором перетині пластини, а розглянуті формули експрес-аналізу мають недостатню точність для контрастних випадків матеріалів і схем армування пластини. Необхідні додаткові дослідження. Ключові слова: полімерний композиційний матеріал; болтове з'єднання; коефіцієнт концентрації напружень
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.