Исследование остаточных напряжений кольцевых пластин, используемых в летательных аппаратах

Применение в летательных аппаратах круглых пластин со вставками из различных материалов требует учета изменения полей остаточных напряжений и умения их рассчитывать. Рассмотрена биметаллическая кольцевая пластина с жестко закрепленным внутренним контуром. Разработан алгоритм расчета полей остаточных напряжений биметаллической кольцевой пластины с учетом свойств используемых материалов, геометрических параметров и условия ее закрепления. Приведены примеры вычисления остаточных напряжений при изменении размеров пластин и модуля упругости материала. Разработанный алгоритм можно использовать для трубных конструкций и пересечений труб с прямоугольными пластинами. Алгоритм позволяет инженерными методами с достаточной степенью точности проводить предварительные расчеты на стадии проектирования конструкций, которые можно представить в расчетной схеме как биметаллическую кольцевую пластину.
EDN: HMLJWF, https://elibrary/hmljwf

Литература

[1] Балабух Л.И., Алфутов Н.А., Усюкин В.И. Строительная механика ракет. Москва, Высшая школа, 1984. 391 с.

[2] Баранов Д.А., Еленев В.Д. Типовые решения в проектировании и конструировании элементов ракет-носителей. Самара, СамГУ, 2020. 112 с.

[3] Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. Москва, Машиностроение, 2005. 406 с.

[4] Сапожников В.М., Лагосюк Г.С. Прочность и испытания трубопроводов гидросистем самолетов и вертолетов. Москва, Машиностроение, 1973. 248 с.

[5] Ахмедзянов А.М., ред. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва, Машиностроение, 2000. 453 с.

[6] Воскобойник М.С., Лагосюк Г.С., Миртов К.Д. и др. Конструкция и прочность самолетов и вертолетов. Москва, Транспорт, 1972. 440 с.

[7] Викулин А.В., Кружалов А.Г. Перспективы совершенствования современных ГТД за счет применения биметаллических моноколес в охлаждаемых турбинах. Авиационная промышленность, 2021, № 2, с. 20–25.

[8] Altenbach H., Bauer S., Eremeyev V.A. et al. Recent approaches in the theory of plates and plate-like structures. Springer, 2022. 305 p.

[9] Reddy J.N. Theory and analysis of elastic plates and shells. CRC Press, 2006. 568 p.

[10] Макаева Р.Х., Царева А.М., Каримов А.Х. Определение собственных частот и форм колебаний диска постоянной толщины, закрепленного в центре. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2008, № 1, с. 41–45.

[11] Бояршинов С.В. Основы строительной механики машин. Москва, Машиностроение, 1973. 456 с.

[12] Чижевский К.Г. Расчет круглых и кольцевых пластин. Ленинград, Машиностроение, 1977. 182 с.

[13] Bazarenko N.A. Interaction of a hollow cylinder of finite length and a plate with a cylindrical cavity with a rigid insert. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 2010, vol. 74, no. 3, pp. 323–333.

[14] Немировский Ю.В., Романова Т.П. Динамическое деформирование криволинейной пластины с жесткой вставкой. Прикладная механика и техническая физика, 2006, т. 47, № 2, с. 126–138.

[15] Филиппов С.Б. Устойчивость цилиндрической оболочки, сопряженной с кольцевыми пластинами, под действием внешнего давления. Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия, 2021, т. 8, № 2, c. 282–294, doi: https://doi.org/10.21638/spbu01.2021.208

[16] Евгеньев С.С., Петросян Г.Г., Футин В.А. Расчет осевых газодинамических сил, потерь на трение диска и перетекания в полуоткрытых рабочих колесах центробежных компрессоров. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2009, № 3, с. 17–23.

[17] Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. Москва, Машиностроение, 1981. 272 с.

[18] Потапов С.Д., Перепелица Д.Д. Исследование влияния остаточных напряжений в зоне расположения трещины на скорость ее роста при циклическом нагружении. Вестник МАИ, 2014, т. 21, № 1, с. 104–110.

[19] Вассерман Н.Н., Ратчиев А.М. Особенности прогнозирования кинетики развития трещин в основных деталях ГТД. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2011, № 2, с. 8–11.

[20] Нормы прочности авиационных газотурбинных двигателей гражданской авиации. Москва, ЦИАМ, 2004. 260 с.

[21] Банщикова И.А. Напряженно-деформированное состояние и длительность до разрушения кольцевых пластин в условиях ползучести. Вычислительная механика сплошных сред, 2015, т. 8, № 4, с. 359–368.

[22] Конев С.В., Михайлец В.Ф., Тефтелев И.Е. и др. Анализ особенностей напряженного состояния фланца намоточного устройства как кольцевой пластины. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2018, т. 16, № 3, с. 98–102, doi: https://doi.org/10.18503/1995-2732-2018-16-3-98-102

[23] Скороход А.З. Оценка распределения внутренних напряжений кольцевых пластин при расчетах жаротрубных котлов. Вестник БелГУТа: Наука и транспорт, 2020, № 1, с. 64–67.

[24] Герасимов С.И., Жилкин В.А., Косенюк В.К. Определение остаточных напряжений в тонких пластинах при совместном использовании методов граничных интегральных уравнений и голографической интерферометрии. Известия Академии наук СССР. МТТ, 1991, № 1, с. 185–191.

[25] You L.H., Wang J.X., Tang B.P. Deformations and stresses in annular disks made of functionally graded materials subjected to internal and/or external pressure. Meccanica, 2009, vol. 44, no. 3, pp. 283–292, doi: https://doi.org/10.1007/s11012-008-9174-y

[26] Tokovyy Y., Hung K.-M., Ma C.-C. Determination of stresses and displacements in a thin annular disk subjected to diametral compression. J. Math. Sci., 2010, vol. 165, no. 3, pp. 342–354, doi: https://doi.org/10.1007/s10958-010-9803-6

[27] Saadatfar M., Zarandi M.H. Deformations and stresses of an exponentially graded magneto-electro-elastic non-uniform thickness annular plate which rotates with variable angular speed. Int. J. Appl. Mech., 2020, vol. 12, no. 5, art. 2050050, doi: https://doi.org/10.1142/S1758825120500507

[28] Lebedev A.E., Kapranova A.B., Gudanov I.S. et al. Study of the influence of annular plate size on the stress-strain state of a vertical steel tank. Chem. Petrol. Eng., 2021, vol. 57, no. 3-4, pp. 239–245, doi: https://doi.org//10.1007/s10556-021-00924-x

[29] Зайдес С.А. Численное определение остаточных напряжений при охватывающем поверхностном пластическом деформировании. Современные технологии. Системный анализ. Моделирование, 2011, № S-4, с. 76–82.

[30] Рыспаев Т.А., Чыныбаев М.К., Никишов Д.С. и др. Определение остаточных напряжений в сварных соединениях методом конечных элементов. Материаловедение, 2013, № 2, с. 52–57.

[31] Ефимов А.В., Чеботаревский Ю.В., Павлов Д.Г. Определение остаточных напряжений в сплошной тонкой круглой диэлектрической пластине при локальном нагреве нестационарным внешним источником тепла. Вестник Саратовского государственного технического университета, 2005, № 3, с. 28–32.

[32] Mattikalli A.C., Kurahatti R.V. Numerical method based parametric investigation of isotropic annular plate. Mater. Today: Proc., 2020, vol. 27, no. 1, pp. 376–381, doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.11.161

[33] Al-Abbas B.H., Hemzah S.A., Alyhya W.S. Finite difference derivation and finite element technique of annular plate buckling under axial and shear loads. Int. J. Civ. Eng. Technol., 2018, vol. 9, no. 10, pp. 32–41.

[34] Velikanov N.L., Koryagin S.I., Sharkov O.V. Stresses in circular plates with rigid elements. J. Phys.: Conf. Ser., 2018, vol. 1015, no. 5, art. 052028, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1015/5/052028

[35] Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. Москва, Наука, 1966. 707 с.