DOI | https://doi.org/10.15407/pmach2019.01.024 |
Журнал | Проблеми машинобудування |
Видавець | Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
ISSN | 0131-2928 (print), 2411-0779 (online) |
Випуск | Том 22, № 1, 2019 (березень) |
Сторінки | 24-32 |
Автори
С. Б. Ковальчук, Полтавська державна аграрна академія (36003, Україна, м. Полтава, вул. Сковороди, 1/3), e-mail: stanislav.kovalchuk@pdaa.edu.ua , ORCID: 0000-0003-4550-431X
О. В. Горик, Полтавська державна аграрна академія (36003, Україна, м. Полтава, вул. Сковороди, 1/3), ORCID: 0000-0002-2804-5580
Анотація
Розвиток технологій композитів сприяє їх широкому впровадженню в практику проектування сучасних конструкцій різного призначення. Достовірне прогнозування напружено-деформованого стану композитних елементів є однією з умов створення надійних конструкцій з оптимальними параметрами. Аналітичні теорії визначення напружено-деформованого стану багатошарових стрижнів (брусів, балок) значно поступаються у розвитку теоріям для композитних плит і оболонок, хоча стрижневі елементи конструкцій є найпоширенішими. Метою даної роботи є побудова аналітичної моделі вигину двохопорних багатошарових балок під дією зосередженого навантаження на основі отриманого раніше розв’язку теорії пружності для багатошарової консолі. У другій частині статті наведені приклади реалізації моделі згину двохопорних багатошарових балок під дією зосередженого навантаження, побудованої у першій частині статті. Із використанням моделі отримано розв’язки задач згину багатошарових балок з різними способами закріплення їх крайніх перерізів. Отримані співвідношення апробовані на тестових задачах визначення прогинів однорідних композитних двохопорних балок з різними комбінаціями закріплень, а також під час визначення напружень і переміщень чотиришарової балки з жорстким і шарнірним закріпленням торців. Отримані результати мають незначну розбіжність з результатами моделювання методом скінченних елементів і розрахунку по ітераційній моделі згину композитних брусів, навіть для відносно коротких балок. Крім того, показано, що нехтування зсувною піддатливістю матеріалів шарів призводить до великих похибок під час визначення прогинів, а у разі статично невизначених балок – також реактивних зусиль і напружень. Застосований під час побудови моделі підхід можна розширити на випадок балок з будь-якою кількістю зосереджених сил і проміжних опор та для розрахунку багатошарових балок з різними жорсткостями розрахункових ділянок.
Ключові слова: багатошарова балка, ортотропний шар, зосереджене навантаження, напруження, переміщення.
Література
- Альтенбах Х. Основные направления теории многослойных тонкостенных конструкций. Обзор. Механика композит. материалов. 1998. № 3. С. 333–348.
- Амбарцумян С. А. Теория анизотропных пластин. М.: Наука, 1987. 360 c.
- Болотин В. В., Новичков Ю. Н. Механика многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1980. 374 с.
- Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.
- Григолюк Э. И., Селезов И. Т. Неклассическая теория колебаний стержней, пластин и оболочек. Итоги науки и техники. М.: Наука, 1972. Т. 5. 271 с.
- Гузь А. Н., Григоренко Я. М., Ванин Г. А., Бабич И. Ю. Механика элементов конструкций: В 3 т. Т. 2: Механика композитных материалов и элементов конструкций. Киев: Наук. думка, 1983. 484 с.
- Малмейстер А. К., Тамуж В. П., Тетерс Г. А. Сопротивление полимерных и композитных материалов. Рига: Зинатне, 1980. 572 с.
- Рассказов А. О., Соколовская И. И., Шульга Н. А. Теория и расчет слоистых ортотропных пластин и оболочек. Киев: Вища шк., 1987. 200 с.
- Пискунов В. Г. Итерационная аналитическая теория в механике слоистых композитных систем. Механика композит. материалов. 2003. Т. 39. № 1. С. 2–24.
- Горик О. В., Піскунов В. Г., Чередніков В. М. Механіка деформування композитних брусів. Полтава; Київ: АСМІ, 2008. 402 с.
- Goryk A. V. Modeling transverse compression of cylindrical bodies in bending. Appl. Mech. 2001. Vol. 37. Iss. 9. P. 1210–1221.
- Goryk A. V., Koval’chuk S. B. Elasticity theory solution of the problem on plane bending of a narrow layered cantilever bar by loads at its end. Composite Materials. 2018. Vol. 54. Iss. 2. P. 179–190.
- Goryk A. V., Koval’chuk S. B. Solution of a transverse plane bending problem of a laminated cantilever beam under the action of a normal uniform load. Strength of Materials. 2018. Vol. 50. Iss. 3. P. 406–418.
- Kovalchuk S. B., Gorik A. V. Major stress-strain state of double support multilayer beams under concentrated load. Part Model construction. J. Mech. Eng. 2018. Vol. 21. Iss. 4. P. 30–36.
Надійшла до редакції 26 вересня 2018 р.