Комп’ютерне моделювання впливу кільцевого включення із функціонально-градієнтного матеріалу на концентрацію напружень навколо кругового отвору у тонких пластинах і циліндричних оболонках
DOI:
https://doi.org/10.15407/dopovidi2023.02.037Ключові слова:
тонка пружна пластина, тонкостінна циліндрична оболонка, круговий отвір, функ ціо нально-градієнтний матеріал, кільцеве включення, напружено-деформований стан, коефіцієнт концентрації напружень, метод скінченних елементівАнотація
Проведено комп’ютерне моделювання та скінченноелементний аналіз напружено-деформованого стану тонких пластин і тонкостінних циліндричних оболонок з круговим отвором за наявності оточуючого його кільцевого включення із функціонально-градієнтного матеріалу (ФГМ). Досліджено вплив розмірів ФГМ-включення та закону змінення його модуля пружності на концентрацію параметрів напружено-деформованого стану пластин і оболонок в околі отвору. Отримано поля розподілу інтенсивностей напружень і деформацій пластинчато- оболонкових елементів конструкцій в зонах локальної концентрації напружень. Встановлено, що за використання кільцевого ФГМ-включення з певними механічними властивостями і геометричними параметрами можна зменшити коефіцієнт концентрації напружень і відповідні інтенсивності деформацій в околі отвору більш ніж на 35 %. Закон змінення модуля пружності ФГМ-включення та ширина включення суттєво впливають не тільки на величину концентрації параметрів напружено-деформованого стану пластини та оболонки, а й на характер розподілу напружень по їх поверхнях. Результати проведеної серії широкомасштабних обчислювальних експериментів показують, що використання кільцевого включення із ФГМ дає змогу знизити інтенсивності як напружень, так і деформацій навколо отвору, що відкриває перспективи знаходження раціональних параметрів включень щодо питання максимально можливого зниження локальної концентрації напружень.
Завантаження
Посилання
Avdonin, A. S. (1969). Applied methods for calculating shells and thin-walled structures. Moscow: Nauka (in Russian).
Peterson, R. (1977). Stress concentration factors. Moscow: Mir (in Russian).
Savin, G. N. (1968). Stress distribution around holes. Kyiv: Naukova Dumka (in Russian).
Guz, A. N., Chernyshenko, I. S. & Chekhov, Val. N. et al. (1980). Methods for calculating shells. In 5 vols. Vol. 1. Theory of thin shells, weakened by holes. Kyiv: Naukova Dumka (in Russian).
Hart, E. L. & Terokhin, B. I. (2019). Choice of rational parameters of reinforcement elements in computer simulation of behavior of a cylindrical shell with two rectangular holes. Probl. Comput. Mechan. and Strength Struct.: Col. of sci. art. Dnipro: Lira, 30, pp. 19-32 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15421/4219024
Hart, E. L., Hudramovich, V. S. & Terokhin, B. I. (2022). Effect of a functionally graded material inclusion on the stress concentration in thin plates and cylindrical shells with a circular opening. Techn. Mechan., No. 4, pp. 67-78 (in Ukrainian). http://journal-itm.dp.ua/ENG/Publishing/06-04-2022_eng.html
Hart, E. L. & Hudramovich, V. S. (2022). Computer simulation of the stress-strain state of plates with reinforced elongate rectangular holes of various orientations. Strength Mater. and Theor. Struct.: Sci. and Techn. col. art. Kyiv: KNUBA, Iss. 108, pp. 77-86. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.108.77-86
Hart, E. L. & Terokhin, B. I. (2021). Computer simulation of the stress-strain state of the plate with circular hole and functionally graded inclusion. J. Optimization, Differential Equations and their Applications, 29, Iss. 1, pp. 42-53. https://doi.org/10.15421/142103
Gudramovich, V. S., Gart, É. L. & Strunin, K. А. (2017). Modeling of the behavior of plane-deformable elastic media with elongated elliptic and rectangular inclusions. Mater. Sci., 52, Iss. 6, pp. 768-774. https://doi.org/10.1007/s11003-017-0020-z
Hudramovich, V. S, Hart, E. L. & Marchenko, O. A. (2020). Reinforcing inclusion effect on the stress concen- tration within the spherical shell having an elliptical opening under uniform internal pressure. Strength Ma- ter., 52, No. 6, pp. 832–842. https://doi.org/10.1007/s11223-021-00237-7
Aizikovich, S. М. [et al.] (2011). Analytical solutions of mixed axisymmetric problems for functionally graded media. Moscow: FIZMATLIT (in Russian). ISBN 978-5-9221-1299-4.
Yang, Q. Q., Gao, C. F. & Chen, W. T. (2012). Stress concentration in a finite functionally graded material plate. Sci. China Phys. Mech. Astron., 55, pp. 1263-1271. https://doi.org/10.1007/s11433-012-4774-x
Linkov, A. & Rybarska-Rusinek, L. (2012). Evaluation of stress concentration in multi-wedge systems with functionally graded wedges. Intern. J. Engng Sci., 61, pp. 87-93. https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2012.06.012
Kubair, D. V. & Bhanu-Chandar, B. (2008). Stress concentration factor due to a circular hole in functionally graded panels under uniaxial tension. Intern. J. Mech. Sci., 50, Iss. 4, pp. 732-742. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2007.11.009
Mohammadi, M., Dryden, J. R. & Jiang, L. (2011). Stress concentration around a hole in a radially inhomo- geneous plate. Intern. J. Solids Structures, 48, Iss. 3-4, pp. 483-491. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2010.10.013
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Доповіді Національної академії наук України
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
