Розрахунок термонапруженого стану багатошарових пластин неканонічної форми

  • Альона Меркулова Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046 https://orcid.org/0000-0001-9659-2562
  • Дмитро Меркулов Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046 https://orcid.org/0000-0001-5697-200X
  • Євгенія Місюра Харківський національний економічний університет імені Семена Кузнеця, просп. Науки, 9а, м. Харків, Україна, 61166 https://orcid.org/0000-0002-5208-0853
  • Олексій Постний Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046 https://orcid.org/0000-0002-3151-3891
Ключові слова: багатошарова пластина, складна форма, джерело тепла, температура, термопружність

Анотація

Однією з актуальних задач в сучасній техніці є достовірне визначення температурних полів і напружень в елементах конструкцій. Огляд моделей і методів розв’язання задач і термопружності показав, що найбільш досліджені однорідні конструкції. Пропонується метод розв’язання задачі стаціонарної термопружності багатошарових пластин неканонічної форми в плані, який базується на прийомі занурення складної області в область канонічної форми. Задана пластина неканонічної форми з довільними граничними умовами «занурюється» в пластину канонічної форми. Найпростіший розв’язок задачі в аналітичному вигляді можна отримати, коли у якості допоміжної застосовується шарнірно оперта пластина прямокутної форми у плані з тією ж композицією шарів. Умови навантаження допоміжної конструкції збігаються з умовами навантаження вихідної конструкції. Для забезпечення виконання заданих граничних умов до допоміжної конструкції додаються додаткові компенсуючі навантаження, що розподілені вздовж контуру вихідної конструкції. Інтенсивності компенсуючих навантажень визначаються з системи інтегральних рівнянь, в основі якої лежать вихідні граничні умови. Розв’язок системи одержано шляхом розвинення шуканих функцій у тригонометричні ряди у допоміжній області і вздовж контуру вихідної конструкції та подальшого розв’язання системи лінійних алгебраїчних рівнянь відносно коефіцієнтів розвинень. Після знаходження значень компенсуючих навантажень визначаються переміщення та напруження у шарах вихідної конструкції. Деформації шарів пластин описуються у рамках теорії першого порядку, що враховує деформації поперечного зсуву в кожному шарі. Рівняння термопружної рівноваги та граничні умови одержані з варіаційного принципу. Поле температурних навантажень отримано з розв’язку нестаціонарної задачі теплопровідності багатошарової пластини. На верхній та нижній поверхнях пластини відбувається конвективний теплообмін, а бічна поверхня вважається ідеально теплоізольованою. Досліджено температурні напруження у п’ятишаровій пластині складної форми при нагріванні плівковим джерелом тепла.

Завантаження

Біографії авторів

Альона Меркулова, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

аспірант

Дмитро Меркулов, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

аспірант

Євгенія Місюра, Харківський національний економічний університет імені Семена Кузнеця, просп. Науки, 9а, м. Харків, Україна, 61166

доцент

Олексій Постний, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

аспірант

Посилання

/

Посилання

B. A. Boley, J. H. Weiner, Theory of Thermal Stresses Quantum, New York, 1974.

N. Noda, R. B. Hetnarski, Y. Tanigawa, Thermal Stress, 2nd ed. Taylor and Francis, London, 2004.

O. Hachkevych, R. Terlets'kyi, O. Turii. The formulation and development of methods of solving thermomechanics problems for irradiated layered solids MMC, Vol. 4, No 1, 2017, P. 21-36. DOI: https://doi.org/10.23939/mmc2017.01.021.

C.H. Hsueh, Thermal stresses in elastic multilayer systems. Thin Solid Films. Vol. 418, No 2, 2002, Pages 182-188 DOI: https://doi.org/10.1016/S0040-6090(02)00699-5.

N.V. Smetankina. Non-stationary deformation, thermal elasticity and optimisation of laminated plates and cylindrical shells. Miskdruk Publishers, Kharkiv, 2011, 376 p. [in Russian]

Thermal Stresses V, edited by R. B. Hetnarski. Lastran Corporation, Rochester, NY, 1999. 542 pages.

T.-M. Shih, M. Arie, D. Ko. Literature Survey of Numerical Heat Transfer (2000–2009): Part II, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, Vol. 60, No 11-12, 2011, 883-1096, DOI: 10.1080/10407782.2011.636720.

A. Barut, E. Madenci, Non-linear analysis of composite panels under non-uniform temperature distribution, Int. J. Solids and Struct. Vol. 37. No 27, 2000, P. 3681–3713. DOI: https://doi.org/10.1016/S0020-7683(99)00119-5

S. Brischetto, E. Carrera Thermal Stress Analysis by refined multilayered composite shell theories, J. of Thermal Stresses, Vol. 32, No 1-2, 2008, 165-186, DOI: 10.1080/01495730802540882

J.F. Silva, J.P. Nunes, J.C. Velosa. Using Thermoplastic (HDPE) Liners and Glass Fiber Reinforced Thermosetting and Thermoplastic Structural Wall Matrices to Produce Filament Wound Pressure Vessels. Proceedings of the ASME 2010 Pressure Vessels and Piping Division/K-PVP Conference. ASME 2010 Pressure Vessels and Piping Conference: Volume 6, Parts A and B. Bellevue, Washington, USA. July 18–22, 2010. P. 275-281. ASME. DOI: https://doi.org/10.1115/PVP2010-25826

Neng-Hui Zhang. Thermoelastic stresses in multilayered beams. Thin Solid Films Vol. 515, Issue 23, 2007, P. 8402-8406, DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.05.003

G. Chunxue, Z. Zhiwei, L. Xuehua Modeling of thermal stresses in elastic multilayer coating systems Journal of Applied Physics 117, 055305, 2015, DOI: https://doi.org/10.1063/1.4907572

N.V. Smetankina, O.V. Postnyi. Calculation of the thermal stress state of layered shells of complex shape. Dynamics, Strength and Modelling in Mechanical Engineering: Abstracts of reports of the IІ International Scientific and Technical Conference (05–08 October 2020 р., Kharkiv). Kharkiv: A. Pidhornyi Institute of Mechanical Engineering Problems of the NAS of Ukraine, 2020. P. 285 [in Ukrainian]

H.A. Sheludko, O.M. Shupikov, N.V. Smetankina, S.V. Ugrimov. Applied adaptive search. Kharkiv, Oko, 2001, 191 p. [in Ukrainian]

A. I. Malykhina, D. O. Merkulov, O. V. Postnyi, N. V. Smetankina. Stationary problem of heat conductivity for complex-shape multilayer plates. Bulletin of V.N. Karazin Kharkiv National University, series «Mathematical modeling. Information technology. Automated control systems». 2019. Vol. 41. P. 46–54.

N. Smetankina, O. Postnyi. Nonstationary heat conduction in multilayer glazing subjected to distributed heat sources. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochromie Srodowiska., 2020., Vol. 10, No 2, P. 28-31. DOI: https://doi.org/10.35784/iapgos.930

N.V. Smetankina, O.V. Postnyi, A.I. Merkulova, D.O. Merkulov. Modeling of non-stationary temperature fields in multilayer shells with film heat sources. Conference Proceedings: 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek) IEEE (5-10 Oct. 2020)., IEEE: Kharkiv, 2020., P. 242–246. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek51551.2020.9250139
Опубліковано
2021-03-29
Як цитувати
Меркулова, А., Меркулов, Д., Місюра, Є., & Постний, О. (2021). Розрахунок термонапруженого стану багатошарових пластин неканонічної форми. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, серія «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління», 49, 76-82. https://doi.org/10.26565/2304-6201-2021-49-07
Розділ
Статті