DOI | https://doi.org/10.15407/pmach2023.01.015 |
Журнал | Проблеми машинобудування |
Видавець | Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
ISSN | 2709-2984 (print), 2709-2992 (online) |
Випуск | Том 26, № 1, 2023 (березень) |
Сторінки | 15–22 |
Автори
В. Ю. Мірошніков, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» (61070, Україна, Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: v.miroshnikov@khai.edu, ORCID: 0000-0002-9491-0181
О. Б. Савін, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» (61070, Україна, Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: asavin344@gmail.com, ORCID: 0000-0002-2664-0255
М. М. Гребенніков, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» (61070, Україна, Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: m.grebennikov@khai.edu, ORCID: 0000-0001-7648-3027
В. Ф. Деменко, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» (61070, Україна, Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: v.demenko@khai.edu, ORCID: 0000-0002-9555-4596
Анотація
Досліджується напружений стан однорідного ізотропного шару при дії просторового статичного зовнішнього навантаження. Дві кругові циліндричні опори врізані в тіло шару паралельно його межам. Опори та тіло шару жорстко спряжені між собою. Просторова задача теорії пружності розв’язується за допомогою аналітико-чисельного узагальненого методу Фур’є. Шар розглядається в декартовій системі координат, опори – у локальних циліндричних. На верхній та нижній поверхнях шару задані напруження. Опори розглядаються у вигляді циліндричних порожнин у шарі із заданими на їх поверхнях нульовими переміщеннями. Задовольняючи граничним умовам на верхній і нижній поверхнях шару, а також на циліндричних поверхнях порожнин, отримано системи нескінченних інтегро-алгебраїчних рівнянь, які в подальшому зведені до лінійних алгебраїчних. Нескінченна система розв’язується методом редукції. У чисельних дослідженнях проаналізовано параметри інтегрування коливних функцій, розв’язані задачі при різних відстанях між опорами. Одиничне навантаження у вигляді швидко спадаючої функції прикладено на верхній межі між опорами. Для цих випадків проведено аналіз напруженого стану на поверхнях шару між опорами та на циліндричних поверхнях, що контактують з опорами. Чисельний аналіз показав, що при збільшенні відстані між опорами зростають напруження σx на нижній та верхній поверхнях шару й напруження τρφ на поверхнях порожнин. Використання аналітико-чисельного методу дало можливість отримати результат із точністю 10-4 для значень напружень від 0 до 1 при порядку системи рівнянь m=6. При збільшенні порядку системи точність виконання граничних умов зростатиме. Представлене аналітико-чисельне розв’язання може використовуватися для високоточного визначення напружено-деформованого стану представленого типу задач, а також як еталонне для задач, що базуються на чисельних методах.
Ключові слова: циліндричні порожнини в шарі, узагальнений метод Фур’є, рівняння Ламе
Повний текст: завантажити PDF
Література
- Азаров А. Д., Журавлев Г. А., Пискунов А. С. Сравнительный анализ аналитического и численного методов решения плоской задачи о контакте упругих цилиндров. Инновационная наука. 2015. № 1–2. С. 5–13.
- Гузь А. Н., Космодамианский А. С., Шевченко В. П., Немиш Ю. Н., Авдюшина Е. В. Механика композитов: в 12 т. Т. 7. Концентрация напряжений. Киев: Наукова думка, 1998. 387 с.
- Vaysfel’d N., Popov G., Reut V. The axisymmetric contact interaction of an infinite elastic plate with an absolutely rigid inclusion. Acta Mechanica. 2015. Vol. 226. Iss. 3. P. 797–810. https://doi.org/10.1007/s00707-014-1229-7.
- Попов Г. Я., Вайсфельд Н. Д. Осесимметричная задача теории упругости для бесконечной плиты с цилиндрическим включением при учете ее удельного веса. Прикладная механика. 2014. Т. 50. № 6. С. 27–38.
- Bobyleva T. Approximate method of calculating stresses in layered array. Procedia Engineering. 2016. Vol. 153. P. 103–106. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.087.
- Гузь А. Н., Кубенко В. Д., Черевко М. А. Дифракция упругих волн. Киев: Наукова думка, 1978. 307 с.
- Гринченко В. Т., Мелешко В. В. Гармонические колебания и волны в упругих телах. Киев: Наукова думка, 1981. 284 с.
- Волчков В. В., Вуколов Д. С., Сторожев В. И. Дифракция волн сдвига на внутренних туннельных цилиндрических неоднородностях в виде полости и включения в упругом слое со свободными гранями. Механика твердого тела. 2016. Вып. 46. С. 119–133.
- Grinchenko V. T., Ulitko A. F. An exact solution of the problem of stress distribution close to a circular hole in an elastic layer. Soviet Applied Mechanics. 1968. Vol. 4. Iss. 10. P. 31–37. https://doi.org/10.1007/BF00886618.
- Николаев А. Г., Проценко В. С. Обобщенный метод Фурье в пространственных задачах теории упругости. Харьков: Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», 2011. 344 с.
- Nikolaev A. G., Tanchik E. A. The first boundary-value problem of the elasticity theory for a cylinder with N cylindrical cavities. Numerical Analysis and Applications. 2015. Vol. 8. Iss. 2. P. 148–158. https://doi.org/10.1134/S1995423915020068.
- Nikolaev A. G., Tanchik E. A. Stresses in an infinite circular cylinder with four cylindrical cavities. Journal of Mathematical Sciences. 2016. Vol. 217. Iss. 3. P. 299–311. https://doi.org/10.1007/s10958-016-2974-z.
- Nikolaev A. G., Tanchik E. A. Model of the stress state of a unidirectional composite with cylindrical fibers forming a tetragonal structure. Mechanics of Composite Materials. 2016. Vol. 52. Iss. 2. P. 177–188. https://doi.org/10.1007/s11029-016-9571-6.
- Nikolaev A. G., Tanchik E. A. Stresses in an elastic cylinder with cylindrical cavities forming a hexagonal structure. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2016. Vol. 57. Iss. 6. P. 1141–1149. https://doi.org/10.1134/S0021894416060237.
- Николаев А. Г., Орлов Е. М. Решение первой осесимметричной термоупругой краевой задачи для трансверсально-изотропного полупространства со сфероидальной полостью. Проблемы вычислительной механики и прочности конструкций. 2012. Вып. 20. С. 253–259.
- Miroshnikov V. Yu. Stress state of an elastic layer with a cylindrical cavity on a rigid foundation. International Applied Mechanics. 2020. Vol. 56. Iss. 3. P. 372–381. https://doi.org/10.1007/s10778-020-01021-x.
- Мірошніков В. Ю., Денисова Т. В., Проценко В. С. Дослідження першої основної задачі теорії пружності для шару з циліндричною порожниною. Опір матеріалів і теорія споруд. 2019. № 103. С. 208–218. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2019.103.208-218.
- Miroshnikov V. Yu., Protsenko V. S. Determining the stress state of a layer on a rigid base weakened by several longitudinal cylindrical cavities. Journal of Advanced Research in Technical Science. 2019. Iss. 17. P. 11–21. https://doi.org/10.26160/2474-5901-2019-17-11-21.
- Miroshnikov V. Yu., Medvedeva A. V., & Oleshkevich S. V. Determination of the stress state of the layer with a cylindrical elastic inclusion. Materials Science Forum. 2019. Vol. 968. P. 413–420. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.968.413.
- Miroshnikov V. Yu., Savin O. B., Hrebennikov M. M., Pohrebniak O.A. Analysis of the stress state of a layer with two cylindrical elastic inclusions and mixed boundary conditions. Journal of Mechanical Engineering – Problemy mashynobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 2. P. 22–29. https://doi.org/10.15407/pmach2022.02.022.
- Гребенніков М. М., Миронов К. В. Аналіз напруженого стану шару з поздовжньою порожниною та заданими невласно мішаними граничними умовами. Наука, теорія і практика: тези доповідей XXIX Міжнародної науково-практичної конференції. Японія, Токіо, 2021. С. 536–540.
- Miroshnikov V. Rotation of the layer with the cylindrical pipe around the rigid cylinder. In: Advances in Mechanical and Power Engineering. CAMPE 2021. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Cham: Springer. P. 314–322. https://doi.org/10.1007/978-3-031-18487-1_32.
Надійшла до редакції 23.02.2023