Нелинейное деформирование и устойчивость композитной цилиндрической оболочки при комбинированном нагружении изгибающим моментом и краевой поперечной силой

Полимерные композиционные материалы получили широкое распространение в современных летательных аппаратах. Их применение существенно снижает массу конструкции при сохранении ее прочностных и жесткостных характеристик. Несмотря на то, что опубликовано большое количество работ по исследованию прочности таких конструкций, остаются нерешенными вопросы прочности и устойчивости при их нелинейном деформировании. Последнее особенно важно для тонкостенных конструкций фюзеляжей самолетов, в которых потеря устойчивости композитной оболочки недопустима. Имеется небольшое число работ по исследованию прочности и устойчивости тонкостенных оболочек, выполненных из полимерного композиционного материала. Тем не менее до сих пор не решена задача определения влияния порядка укладки монослоев в обшивке на прочность и устойчивость оболочки из композиционных материалов при нелинейном деформировании. Методы расчета на прочность и устойчивость тонкостенных композитных конструкций с учетом нелинейности исходного напряженно-деформированного состояния недостаточно развиты. Поэтому разработка надежных и эффективных методов расчета оболочек из композиционных материалов является актуальной задачей. Методами конечных элементов и линеаризации Ньютона — Канторовича решена задача прочности и устойчивости цилиндрических композитных оболочек при произвольном нагружении. Критические нагрузки определены в процессе решения геометрически нелинейной задачи с использованием критерия Сильвестра. Исследована устойчивость круговой цилиндрической оболочки, выполненной из полимерного композиционного материала, при комбинированном нагружении изгибающим моментом и краевой поперечной силы. Определено влияние способов укладки монослоев в обшивке оболочки и нелинейности деформирования на критические нагрузки.

Литература

[1] Васильев В.В. Механика конструкций из композитных материалов. Москва, Машиностроение, 1988. 272 с.

[2] Vasiliev V.V., Morozov E.V. Advanced mechanics of composite materials and structures. Elsevier, 2018. 882 p.

[3] Сапунов В.Т. Устойчивость композитных элементов конструкции в трактовке теории надежности. Композиты и наноструктуры, 2017, т. 9, № 1, с. 45–51.

[4] Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. Москва, Машиностроение, 1984. 264 с.

[5] Бакулин В.Н., Гусев Е.Л., Марков В.Г. Оптимальное проектирование конструкций из композиционных и традиционных материалов. Москва, Физматлит, 2008. 256 с.

[6] Кармишин А.В., Лясковец В.А., Мяченков В.И. и др. Статика и динамика оболочечных конструкций. Москва, Машиностроение, 1975. 376 с.

[7] Железнов Л.П., Серьезнов А.Н. Нелинейное деформирование и устойчивость композитного отсека фюзеляжа самолета при кручении. Полет, 2021, № 3, с. 11–20.

[8] Железнов Л.П., Серьезнов А.Н. Нелинейное деформирование и устойчивость композитного отсека фюзеляжа самолета при чистом изгибе. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2021, № 3, с. 22–30.

[9] Железнов Л.П. Исследование влияния углов укладки монослоев на устойчивость композитной цилиндрической оболочки. Механика композиционных материалов и конструкций, 2021, т. 27, № 3, с. 382–395.

[10] Кабанов В.В., Железнов Л.П. К расчету цилиндрической оболочки методом конечных элементов. Прикладная механика, 1985, т. 21, № 9, с. 35–38.

[11] Железнов Л.П., Кабанов В.В. Исследование нелинейного деформирования и устойчивости некруговых цилиндрических оболочек при осевом сжатии и внутреннем давлении. СО РАН. ПМТФ, 2002, т. 43, № 4, с. 161–169.

[12] Бойко Д.В., Железнов Л.П., Кабанов В.В. Нелинейное деформирование и устойчивость дискретно-подкрепленных овальных цилиндрических композитных оболочек при поперечном изгибе и внутреннем давлении. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2014, № 6, с. 23–30.

[13] Постнов В.А., Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. Ленинград, Судостроение, 1974. 341 с.

[14] Канторович Л.В., Акилов Г.П. Функциональный анализ в нормированных пространствах. Москва, Физматгиз, 1959. 684 с.

[15] Уилкинсон Д., Райнш К. Справочник алгоритмов на языке Алгол. Линейная алгебра. Москва, Машиностроение, 1976. 390 с.

[16] Олегин И.П., Максименко В.Н. Теоретические основы методов расчета прочности элементов конструкций из композитов. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2006. 240 с.

[17] Кабанов В.В. Устойчивость неоднородных цилиндрических оболочек. Москва, Машиностроение, 1982. 256 с.