Библиотека диссертаций Украины Полная информационная поддержка
по диссертациям Украины
  Подробная информация Каталог диссертаций Авторам Отзывы
Служба поддержки




Я ищу:
Головна / Технічні науки / Будівельна механіка


Каіров Олексій Сергійович. Несуча здатність конструктивно неоднорідних оболонок при динамічному навантаженні: дис... д-ра техн. наук: 05.23.17 / Київський національний ун-т будівництва і архітектури. - К., 2004.



Анотація до роботи:

Каiров О.С. Несуча здатність конструктивно неоднорiдних оболонок при динамічному навантаженні. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технiчних наук за спецiальнiстю 05.23.17 – будівельна механiка. – Київський нацiональний унiверситет будiвництва i архiтектури, Київ, 2004.

Дисертація присвячена розв’язанню комплексної наукової проблеми під-вищення несучої здатності оболонкових конструкцій, пов’язаної з теоретичним та експериментальним дослiдженням нестаціонарної динамічної поведінки та власних коливань тонких пружних оболонок обертання з конструктивними неоднорідностями у виглядi пiдкрiплюючих ребер, отворiв, багатошарового ортотропного матерiалу, пружних зв’язків i приєднаних твердих тiл.

Наведені постановка та обгрунтування динамічних задач теорії дискретно підкріплених оболонок на основi геометрично нелінійної типу С.П.Тимошенка і класичної теорій. Розвинуті і теоретично обгрунтовані ефективні чисельні методи для розв’язання розглянутих в дисертації задач.

Розв’язані нові задачi динамічної поведінки при нестаціонарних наван-таженнях та власних коливань дискретно неоднорідних пружних оболонкових систем. Одержані результати кількісного та якісного характеру для оболонок з дискретними неоднорiдностями, що характеризують особливості динамічної поведінки при iмпульсному навантаженнi і власних коливань. Досліджено вплив недосконалостей форми оболонок на динамічну стійкість і напружено-деформований стан. Розглянуто задачi оптимізації динамічно навантажених неоднорідних оболонкових конструкцій. Експериментально підтверджена адекватність розроблених математичних моделей.

Ключовi слова: теорія оболонок, коливання, несуча здатнiсть, неста-ціонарні навантаження, напружено-деформований стан, математичне моде-лювання, розрахунковi методики, оптимiзацiя, чисельні методи, конструктивнi параметри.

До числа найбільш важливих результатів, які одержані автором, вiдно-сяться наступні:

1. Виконано постановку нового класу двомірних динамічних задач неста-ціонарного поводження неоднорідних пружних оболонок обертання з дис-кретним поздовжньо-поперечним підкріпленням ребрами при імпульсному навантаженні з урахуванням поперечних деформацій зсуву і початкових недосконалостей на основі геометрично нелінійної теорії типу С.П.Тимо-шенка. Розроблено уточнену математичну модель нестаціонарних динамічних процесів у дискретно підкріплених оболонках, яка є гіперболічною нелінійною системою диференціальних рівнянь у частинних похідних. Сформульовано критерій динамічної стійкості оболонок при імпульсних навантаженнях.

Зазначене в цілому вирішує важливу наукову проблему будівельної механіки в напрямку підвищення несучої здатності складних оболонкових конструкцій та отримання нових результатів в галузі дискретно підкріплених оболонок, що має велике наукове і практичне значення.

2. Виконано постановку задач власних коливань конструктивно неодно-рідних дискретно підкріплених оболонок обертання на основі класичної теорії. Побудовано нові уточнені математичні моделі, що дозволяють адекватно описувати динамічне поводження складних оболонкових конструкцій та одер-жувати вібродинамічні характеристики для широкого класу оболонок з локаль-ними конструктивними особливостями та урахуванням ортотропії матеріалу.

3. Одержали подальший розвиток ефективні чисельні методи розв’язання поставлених задач нестаціонарного поводження і дослідження несучої здат-ності тонкостінних оболонок з конструктивними особливостями та початко-вими недосконалостями форми при імпульсному навантаженні.

На цій основі створено універсальні розрахункові методики, обчислю-вальні алгоритми і програми для ЕОМ з використанням інтегро-інтерполяційного методу побудови явних скінченно-різницевих схем з ураху-ванням розривних коефіцієнтів, які дозволяють одержувати розв’язки нових класів досліджуваних нестаціонарних динамічних задач механіки оболонок і конкретні чисельні результати. Розроблений алгоритм розвинутий для розв’язання динамічних задач теорії дискретно підкріплених оболонок з початковими недосконалостями. Виконано теоретичне дослідження стійкості різницевих схем. Проведено чисельне дослідження збіжності отриманих розв’язків і адекватності математичних моделей, а також зіставлення чисель-них результатів з відомими рішеннями та експериментальними даними.

4. В межах єдиного підходу побудовано універсальні обчислювальні алго-ритми з використанням варіаційного методу Рітца для розрахунку основних характеристик вільних коливань конструктивно неоднорідних підкріплених

29

оболонок, що дозволило поширити застосування останнього та одержати нові чисельні результати для широкого класу оболонок і різних граничних умов, які добре узгоджуються з експериментальними даними. Виконано дослідження практичної збіжності розв’язків усіх задач.

5. За допомогою розроблених алгоритмів досліджено основні класи розгля-даємих динамічних задач при імпульсному навантаженні та отримано нові чисельні розв’язки. Виконано аналіз отриманих результатів і виявлено нові залежності, закономірності і фізико-механічні ефекти, що обумовлені неоднорідностями конструкцій, для різних граничних умов у широкому діапазоні зміни геометричних, фізико-механічних і амплітудно-частотних параметрів з урахуванням початкових прогинів. Розглянуто розв’язання ряду конкретних задач динамічного поводження для дискретно підкріплених цилін-дричних оболонок з початковими прогинами при нестаціонарних наванта-женнях. Досліджено вплив ребер на НДС оболонок при нормально розподі-леному радіальному і поздовжньому імпульсному навантаженнях. Аналіз чисельних результатів показав, що використання критерію втрати стійкості з умови початку різкого зростання прогину, який відповідно до розрахунків має найбільший темп росту, приводить до якісно інших результатів у порівнянні з застосуванням критерію виникнення пластичних деформацій.

6. Досліджено вплив структури, різних варіантів армування і фізико-механічних властивостей конструкційних композиційних матеріалів, локаль-них конструктивних неоднорідностей (наявність отворів, пружних зв’язків, пружно або жорстко приєднаних твердих тіл, змінність товщини, підкріп-люючих ребер) на власні частоти і форми коливань одно- та багатошарових оболонок для різних видів граничних умов. Аналіз результатів дозволив виявити нові динамічні ефекти, що мають важливе практичне значення.

7. Створено узагальнену математичну модель, методику і програму роз-рахунку оптимальних геометричних параметрів оболонкових систем при забезпеченні заданих динамічних характеристик і мінімальної матеріалоємно-сті конструкцій для різних варіантів граничних умов з урахуванням конструк-тивних особливостей. Уперше чисельно розглянуті задачі багатофакторної оптимізації циліндричних оболонок з отворами і приєднаними твердими тілами, підкріплених однією і двома регулярними системами ребер при обмеженні на власні частоти коливань.

Пошуковий алгоритм розрахунку оптимуму розроблений на основі кла-сичної теорії оболонок, методу штрафних функцій у поєднанні з чисельним методом Хука і Дживса, що дало змогу виконувати проектування складних конструкцій.

8. Розроблено методику експериментального дослідження методом голо-графічної інтерферометрії амплітудно-частотних характеристик резонансних

30

коливань і НДС оболонок з локальними неоднорідностями на вібростенді, який складається з вібровимірювального та оптичного обладнання, спеціально спроектованих універсальних фіксуючих блоків і затискних пристроїв, що дозволяють підвищити точність отриманих результатів і розширити клас досліджуваних задач і граничних умов.

9. Отримано експериментальні результати, що дозволили виявити ряд нових явищ, пов’язаних із власними коливаннями оболонкової системи, і характеризують вплив конструктивних неоднорідностей, у тому числі отворів, підкріплюючих ребер, пружних зв’язків і приєднаних твердих тіл, а також граничних умов, на амплітудно-частотні характеристики і НДС. Експери-ментально підтверджена адекватність запропонованих математичних моделей власних коливань оболонок.

10. Розроблено рекомендації з поліпшення основних вібродинамічних ха-рактеристик конструктивно неоднорідних оболонкових систем з урахуванням конструктивних особливостей, що дозволяють підвищити їхню несучу здат-ність, надійність і довговічність. Обґрунтовано необхідність урахування конст-руктивних особливостей при розрахунку коливань і динамічного поводження тонкостінних пружних оболонок з локальними неоднорідностями.

Отримані автором і наведені в дисертації результати є суттєвим науковим внеском у розвиток будівельної механіки і теоретичною основою інженерних розрахунків оболонкових елементів будівельних конструкцій.

11. Розроблені математичні моделі, методики і пакети прикладних розра-хункових програм впроваджені на ряді провідних підприємств машино-будування і суднобудування України при проектуванні, доведенні і монтажі оболонкових конструкцій газотурбінних двигунів, спеціальних суднових конструкцій та обладнання, що дозволило підвищити якість їхнього проек-тування, виключити необхідність у проведенні багатокоштовних пошукових експериментальних досліджень і скоротити витрати на виконання конст-рукторських та випробувально-довiдних робiт.

Публікації автора:

1. Каиров А.С. Свободные колебания продольно подкрепленных цилин-дрических оболочек с присоединенными твердыми телами // Судостроение: Респ. межвед. научно-техн. cб. НКИ. – К.: Либiдь. – 1991. – Вып.40. – С.21-27.

2. Каиров А.С. Свободные колебания конструктивно-ортотропных оболочек нулевой гауссовой кривизны // Строит. механика корабля: Сб. науч. тр. – Николаев: НКИ. – 1991. – С.68-73.

31

3. Каиров А.С. Колебания подкрепленных цилиндрических оболочек с при-соединенными твердыми телами // Строит. механика корабля: Сб. науч. тр. – Николаев: НКИ. – 1993. – С.75-84.

4. Каиров А.С. Экспериментальное исследование собственных колебаний подкрепленных оболочек // Теорет. и прикл. механика: Респ. межвед. научно-техн. сб. ДонГУ. – Харьков: Основа. – 1993. – Вып.24. – С.80-86.

5. Каиров А.С. Колебания оребренной цилиндрической оболочки с упругим закреплением торцов // Теорет. и прикл. механика: Респ. межвед. научно-техн. сб. ДонГУ. – Харьков: Основа. – 1995. – Вып.25. – С.114-119.

6. Каиров А.С. Экспериментальное исследование колебаний цилиндричес-ких оболочек с отверстиями // Теорет. и прикл. механика: Респ. межвед. научно-техн. сб. ДонГУ. – Харьков: Основа. – 1997. – Вып.27. – С.121-125.

7. Каиров А.С., Шаповалов А.А. Собственные колебания многослойных ортотропных оболочек вращения // Теорет. и прикл. механика: Респ. межвед. научно-техн. сб. ДонГУ. – Харьков: Основа. – 1997. – Вып.27. – С.114-120.

8. Каиров А.С., Шаповалов А.А. Численное исследование частот и форм собственных колебаний оболочек нулевой гауссовой кривизны с переменной вдоль образующей толщиной // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 1998. – № 3. – С.64-66.

9. Каиров А.С., Шаповалов А.А. Влияние анизотропии материала и при-соединенных твердых тел на собственные колебания многослойных цилин-дрических оболочек // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 1998. – № 3. – С.67-71.

10. Каиров А.С., Золотой Ю.Г. Определение виброперемещений и напря-жений при колебаниях конструктивно неоднородных оболочек методом голографической интерферометрии // Теорет. и прикл. механика: Респ. межвед. научно-техн. сб. ДонГУ. – Харьков: Основа. – 1998. – Вып.28. – С.112-118.

11. Каиров А.С. Влияние формы меридиана и присоединенных тел на соб-ственные колебания оболочек вращения // Теорет. и прикл. механика: Респ. межвед. научно-техн. сб. ДонГУ. – Харьков: Основа. – 1999. – Вып.29. – С.117-122.

12. Каиров А.С., Шаповалов А.А. Собственные колебания цилиндрических оболочек вращения, ослабленных отверстиями // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 1999. – № 2. – С.118-124.

13. Каиров А.С. Определение частот и форм собственных колебаний обо-лочек вращения, несущих систему присоединенных твердых тел // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 1999. – № 3. – С.96-104.

32

14. Каиров А.С. Экспериментальное исследование резонансных колебаний оболочек нулевой гауссовой кривизны с системой присоединенных твердых тел // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 1999. – № 4. – С.100-107.

15. Каиров А.С. Свободные колебания оболочек вращения с присоединен-ными телами, упругими связями и промежуточными опорами // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 1999. – № 5. – С.40-46.

16. Каиров А.С. Влияние отверстий на собственные колебания подкреп-ленных оболочек вращения // Теорет. и прикл. механика: Респ. межвед. научно-техн.сб. ДонГУ. – Харьков: Основа. – 2000. – Вып.31. – С.131-137.

17. Каиров А.С. Собственные колебания тонкостенных оболочек вращения переменной толщины // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 2000. – № 2. – С.108-114.

18. Каиров А.С., Шевченко В.П. О собственных колебаниях подкрепленных оболочек с присоединенными телами // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 2000. – № 5. – С.121-130.

19. Каиров А.С. Оптимизация оребренных оболочек при ограничениях на собственные частоты колебаний // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 2001. – № 3. – С.97-103.

20. Каиров А.С. Оптимизация конструктивно неоднодных цилиндрических оболочек при динамическом нагружении // Теорет. и прикл. механика: Респ. межвед. научно-техн. сб. ДонНУ. – Харьков: Основа. – 2001. – Вып.34. – С.169-172.

21. Каиров А.С., Мейш В.Ф. Динамическое поведение дискретно подкреп-ленных цилиндрических оболочек при импульсном распределенном нагру-жении // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 2002. – № 4. – С.118-128.

22. Каиров А.С., Мейш В.Ф. Численное моделирование динамического поведения подкрепленных цилиндрических оболочек с начальными несовер-шенствами при продольном импульсном нагружении // Збiрник наукових праць Укр. державного морського технiчн. ун-ту. – Миколаїв: УДМТУ. – 2002. – № 5. – С.57-66.

23. Мейш В.Ф., Каиров А.С. К численному решению динамических задач теории дискретно подкрепленных цилиндрических оболочек с начальными прогибами // Системнi технології: Респ. міжвузівський збірник наукових праць. – Дніпропетровськ: ДНВП “Системнi технології”. – 2002. – Вип.5 (22).– С.3-7.

33