Амелина Е.В.   Golushko S.  

Вычислительные проблемы и методы расчета напряженно-деформированного состояния многослойных композитных пластин

Reporter: Амелина Е.В.

Современные композиционные материалы – это сложные гетерогенные системы, в которых армирующий наполнитель отвечает за уровень упруго-прочностных характеристик, а полимерная матрица, обеспечивая их совместную работу, определяет способность композита сопротивляться деформациям, стойкость к воздействию влаги и других внешних факторов. Преимуществом композиционного материала является то, что материал и конструкция создаются одновременно – этим определяется высокая степень эффективности материала на всех этапах его жизненного цикла: от получения исходного сырья до моделирования, создания и эксплуатации изделий. Возможность изменения внутренней структуры композитного материала (КМ), с одной стороны, открыла перед исследователями широкие возможности по оптимизации поведения конструкций, с другой стороны, из-за наличия дополнительных параметров, в том числе малых, остро поставила проблемы поиска решений с достаточной точностью и за приемлемое время.
Расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) однородных изотропных конструкций в трехмерной постановке чаще всего производится с помощью метода конечных элементов, однако, использование данного подхода при анализе поведения неоднородных анизотропных конструкций  крайне затруднительно, что связано с большими вычислительными и временными затратами. Использование метода гипотез для перехода к решению одно- и двумерных задач позволяет упростить постановку решаемых задач, но приводит к появлению большого числа уточненных теорий, различающихся между собой по широте охвата учитываемых факторов и проблеме выбора и применения адекватной теории из этого многообразия.
На примере многослойных круглых пластин, эксцентрических и круговых колец рассмотрены вопросы выбора теорий, их применения и получения соответствующих численных решений. Решены задачи расчета НДС при использовании ряда теорий тонких многослойных пластин, основанных на: классической гипотезе о неизменной нормали, гипотезе прямой линии, гипотезе ломаной линии и гипотезе о том, что поворот нормали, описывается функцией, коэффициенты которой в каждом слое зависят от его механических характеристик.
Показано существенное влияние структурных, механических и геометрических параметров на результаты, полученные при использовании различных теории, и даны рекомендации по выбору теорий расчета многослойных композитных пластин.