Розрахунок термонапруженого стану багатошарових пластин неканонічної форми
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
Посилання
/Посилання
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
Boley, B. A., Weiner, J. H. Theory of Thermal Stresses Quantum, New York, 1974.
Noda N., Hetnarski, R. B., Tanigawa, Y. Thermal Stress, 2nd ed. Taylor and Francis, London, 2004.
Hachkevych O., Terlets'kyi R., Turii O. The formulation and development of methods of solving thermomechanics problems for irradiated layered solids MMC. 2017; Vol. 4, No 1, 2017, P. 21-36. DOI: https://doi.org/10.23939/mmc2017.01.021.
Hsueh C.H. 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.
Smetankina, N.V.: Non-stationary deformation, thermal elasticity and optimisation of laminated plates and cylindrical shells. Miskdruk Publishers, Kharkiv, 2011, 376 p.
Thermal Stresses V, edited by R. B. Hetnarski. Lastran Corporation, Rochester, NY, 1999. 542 pages.
Shih T.-M., Arie M., Ko D. 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: https://doi.org/10.1080/10407782.2011.636720
Barut A., Madenci E. Non-linear analysis of composite panels under non-uniform temperature distribution, Int. J. Solids and Struct. Vol. 37. No 27, 2000, P. 3681–3713. https://doi.org/10.1016/S0020-7683(99)00119-5
Brischetto S., Carrera E. Thermal stress analysis by refined multilayered composite shell theories, J. of Thermal Stresses, Vol. 32, No 1-2, 2008, 165-186, DOI: https://doi.org/10.1080/01495730802540882
Silva J.F., Nunes J.P., Velosa, J.C. 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-HuiZhang, Thin Solid Films Vol. 515, Issue 23, 14 September 2007, P. 8402-8406 Thermoelastic stresses in multilayered beams, DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.05.003
Chunxue G., Zhiwei Z., Xuehua L. Modeling of thermal stresses in elastic multilayer coating systems Journal of Applied Physics 117, 055305, 2015, DOI: https://doi.org/10.1063/1.4907572
Сметанкіна Н. В., Постний О. В. Розрахунок термонапруженого стану шаруватих оболонок складної форми. Динаміка, міцність та моделювання в машинобудуванні: тези доповідей IІ Міжнародної науково-технічної конференції (05–08 жовтня 2020 р., Харків). Харків: Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, 2020. C. 285.
Шелудько Г.А., Шупіков О.М., Сметанкіна Н.В., Угрімов С.В. Прикладний адаптивний пошук.- Харків: Око, 2001.-191 с.
Malykhina A. I., Merkulov D. O., Postnyi O. V., Smetankina N. V. Stationary problem of heat conductivity for complex-shape multilayer plates. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна, серія «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління». 2019. Вип. 41. С. 46–54.
Smetankina N., Postnyi O. 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
Smetankina N. V., Merkulova A.I., Merkulov D. O., Postnyi O. V. 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