Локальная прочность трехслойных конструкций с пористым наполнителем

Исследования, представленные в настоящей диссертации, были выполнены на Кафедре сопротивления материалов Государственного морского технического университета С.-Петербурга (ГМТУ) в период с сентября 2000 г. по сентябрь 2004 г. Часть работы была выполнена во время стажировок на Кафедре аэронавтики Королевского технического университета Стокгольма (КТН). Финансовая поддержка исследований в КТН была оказана Шведским Институтом и Фондом Веры Сагер.

Прежде всего, я хочу выразить мою глубокую признательность д.т.н., профессору Виталию Радиевичу Скворцову. Именно он много лет назад пробудил мой интерес к механике сэндвич-конструкций. Все эти годы Виталий Радие-вич был моим научным руководителем, соавтором и оказывал мне всяческую поддержку.

Хочу вспомнить здесь и других моих соавторов: Андрея Владимировича Шипша (КТН), Сергея Юрьевича Крахмалёва (ГМТУ) и Виктора Ильича Ри-зова (Софийский Технический университет, Болгария). Особенно я благодарен Андрею Шипша за его неоценимую помощь и дружескую поддержку во время моей работы в КТН. Андрей участвовал в проведении практически всех экспериментов, представленных в диссертации, сделал много полезных замечаний по изложению её аналитической части и, кроме того, выполнил значительную часть конечно-элементного моделирования в 4-й главе. Сергей Крахмалёв сделал многие аналитические выкладки и все конечно-элементные расчёты 3-й главы. Виктор Ризов выполнил конечно-элементное моделирование в 4-й главе.

Также я хочу выразить благодарность моим наставникам и коллегам, как в моей родной «Корабелке», так и в КТН, которые делали мою работу эффективной и приятной. Среди них я особенно благодарен д.т.н., проф. Дану Зенкерту, д.т.н., проф. Робину Олссону, д.т.н., проф. Александру Сергеевичу Фёдорову и к.т.н., доц. Сергею Газимуровичу Кадырову, которые своими советами помогли улучшить эту диссертацию.

Наконец, я с огромной багодарностью вспоминаю мою маму, Галину Дмитриевну, и бабушку, Наталию Дмитриевну. Спасибо вам за ваше сочувствие и поддержку.

Санкт-Петербург, октябрь 2004.

Виталий Койсин.

Основные результаты диссертации состоят в следующем.

• На основе экспериментального исследования механических Свойств трёхслойных конструкций с пористыми наполнителями построены физические модели, адекватно описывающие различные эффекты локального НДС: локальный изгиб лицевого слоя, смятие наполнителя, образование остаточной погиби лицевого слоя, локальную потерю устойчивости лицевого слоя в области повреждения;

• В случае нагружения сосредоточенной нагрузкой для определения локального НДС использована математическая модель тонкой пластины типа Кирхгоффа-Лява. Математическое описание слоя наполнителя, в зависимости от того, считается ли он упругим или частично находящимся в пластической области деформаций, произведено либо согласно уравнениям Ляме, либо по диаграмме типа Прандтля. Для решения математической модели в упругой задаче применён метод интегральных преобразований, а при наличии в наполнителе пластических деформаций (смятия ячеек) — условие вертикального равновесия лицевого слоя /или принцип минимума приложенной сосредоточеной нагрузки на заданном перемещении при варьировании размера зоны повреждения в наполнителе. Это позволило решить ряд практически значимых задач в более простом виде, чем было сделано в предыдущих исследованиях;

• Для случая разгрузки из области пластических деформаций наполнителя показано, что через известное значение остаточной погиби лицевого слоя можно определить размер зоны смятого наполнителя. Из обзора литературы следует, что это решение является новым. Его практическая ценность состоит в возможности проводить неразрушающий контроль трёхслойных конструкций гораздо более просто, быстро и дёшево в сравнении с традиционными методами (рентген, ультразвук, тепловидение);

• Исследован эффект локальной потери устойчивости лицевого слоя в области смятого наполнителя при продольном сжатии трёхслойных панелей. Показано, что при решении этой задачи часто можно пренебречь реакцией смятого наполнителя. Применяя метод подбора собственных форм, найдены аналитические решения для эйлеровых напряжений в лицевом слое, причём для двумерной задачи сделана эквивалентная замена круговой формы повреждения на квадратную. Предложенное решение для плоской задачи имеет преимущество перед более ранними решениями ввиду своей простоты, а прямых аналогов двумерного решения ранее не существовало;

• Для всех рассмотренных задач локальных эффектов сделано сравнение результатов аналитических расчётов с результатами экспериментальных исследований, а также конечно-элементных расчётов. Показана достаточная достоверность построенных физических и математических моделей.

Заключение

.