- PII
- 10.31857/S0032823523020157-1
- DOI
- 10.31857/S0032823523020157
- Publication type
- Status
- Published
- Authors
- Volume/ Edition
- Volume 87 / Issue number 2
- Pages
- 280-302
- Abstract
- A mathematical model of non-isothermal elastic-viscous-plastic deformation of flexible shallow shells with multidirectional reinforcement structures has been developed. Wave processes and weak resistance to transverse shear in curved panels are modeled in terms of Ambartsumian’s bending theory. The geometric nonlinearity of the problem is taken into account in the Karman approximation. The composition components are assumed to be isotropic materials, and their plasticity is described by the flow theory with a loading function depending on the strain rate and temperature. The connectedness of the thermomechanical problem under dynamic loading of composite shallow shells is taken into account. In the transverse direction of constructions, the temperature is approximated by a 7th order polynomial. The formulated two-dimensional nonlinear initial-boundary value problem is solved using an explicit numerical scheme of time steps. The thermo-elastic-visco-plastic and thermo-elastic-plastic behavior of fiberglass and metal-composite shallow shells orthogonally reinforced in two tangential directions, loaded in the transverse direction by an air blast wave, has been studied. It is shown that flexible curved fiberglass panels at certain points can additionally heat up by 14…27°C, and similar metal-composite conctructions – by 70°С or more. In this case, peak temperature values are kept at short-term intervals – on the order of fractions of 1 ms. It is shown that, unlike flexible plates, similar shallow shells (with the same reinforcement structure and the same characteristic dimensions) under dynamic loading in the transverse direction must be calculated not only taking into account the dependence of the plastic properties of the composition components on their strain rate, but also taking into account thermal response in such thin-walled constructions. A more intense inelastic deformation of curved composite panels is observed when they are loaded from the side of the convex front surface.
- Keywords
- гибкие пологие оболочки многонаправленное армирование термоупруговязкопластичность связанная термомеханическая задача теория изгиба Амбарцумяна динамическое нагружение явная численная схема
- Date of publication
- 01.02.2023
- Year of publication
- 2023
- Number of purchasers
- 0
- Views
- 23
References
- 1. Bannister M. Challenger for composites into the next millennium – a reinforcement perspective // Composites. 2001. Pt. A 32. P. 901–910.
- 2. Mouritz A.P., Gellert E., Burchill P., Challis K. Review of advanced composite structures for naval ships and submarines // Compos. Struct. 2001. V. 53. № 1. P. 21–42.
- 3. Gill S.K., Gupta M., Satsangi P. Prediction of cutting forces in machining of unidirectional glass-fiber-reinforced plastic composites // Frontiers Mech. Eng. 2013. V. 8. № 2. P. 187–200.
- 4. Soutis C. Fibre reinforced composites in aircraft construction // Progress in Aerosp. Sci. 2005. V. 41. № 2. P. 143–151.
- 5. Абросимов Н.А., Баженов В.Г. Нелинейные задачи динамики композитных конструкций. Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2002. 400 с.
- 6. Kazanci Z. Dynamic response of composite sandwich plates subjected to time-dependent pressure pulses // Int. J. Non-Lin. Mech. 2011. V. 46. P. 807–817.
- 7. Соломонов Ю.С., Георгиевский В.П., Недбай А.Я., Андрюшин В.А. Прикладные задачи механики композитных цилиндрических оболочек. М.: Физматлит, 2014. 408 с.
- 8. Димитриенко Ю.И. Механика композитных конструкций при высоких температурах. М.: Физматлит, 2019. 448 с.
- 9. Справочник по композитным материалам: В 2-х кн. Кн. 1 / ред. Любин Дж. М.: Машиностроение, 1988. 448 с.
- 10. Композиционные материалы. Справочник / Под ред. Карпиноса Д.М. Киев: Наук. думка, 1985. 592 с.
- 11. Leu S.-Y., Hsu H.-C. Exact solutions for plastic responses of orthotropic strain-hardening rotating hollow cylinders // Int. J. Mech. Sci. 2010. V. 52. P. 1579–1587.
- 12. Vena P., Gastaldi D., Contro R. Determination of the effective elastic-plastic response of metal-ceramic composites // Int. J. Plasticity. 2008. V. 24. P. 483–508.
- 13. Brassart L., Stainier L., Doghri I., Delannay L. Homogenization of elasto-(visco) plastic composites based on an incremental variational principle // Int. J. Plasticity. 2012. V. 36. P. 86–112.
- 14. Ахундов В.М. Инкрементальная каркасная теория сред волокнистого строения при больших упругих и пластических деформациях // Механ. композ. матер. 2015. Т. 51. № 3. С. 539–558.
- 15. Alderliesten R.C., Benedictus R. Modelling of impact damage and dynamics in fibre-metal laminates. – A review // Int. J. Impact Eng. 2014. V. 67. P. 27–38.
- 16. Qatu M.S., Sullivan R.W., Wang W. Recent research advances on the dynamic analysis of composite shells: 2000–2009 // Compos. Struct. 2010. V. 93. P. 14–31.
- 17. Янковский А.П. Моделирование термоупруговязкопластического деформирования гибких армированных пластин // ПММ. 2022. Т. 86. № 1. С. 121–150. https://doi.org/10.31857/S003282352201009X
- 18. Безухов Н.И., Бажанов В.Л., Гольденблат И.И., Николаенко Н.А., Синюков А.М. Расчеты на прочность, устойчивость и колебания в условиях высоких температур / Под ред. Гольденблата И.И. М.: Машиностроение, 1965. 567 с.
- 19. Белл Дж. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. В 2-х частях. Ч. II. Конечные деформации. М.: Наука, 1984. 432 с.
- 20. Грешнов В.М. Физико-математическая теория больших необратимых деформаций металлов. М.: Физматлит, 2018. 232 с.
- 21. Reissner E. On transverse vibrations of thin shallow elastic shells // Quart. Appl. Math. 1955. V. 13. № 2. P. 169–176.
- 22. Богданович А.Е. Нелинейные задачи динамики цилиндрических композитных оболочек. Рига: Зинатне, 1987. 295 с.
- 23. Амбарцумян С.А. Общая теория анизотропных оболочек. М.: Наука, 1974. 446 с.
- 24. Reddy J.N. Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells: Theory and Analysis. N.Y.: CRC Press, 2004. 831 p.
- 25. Андреев А. Упругость и термоупругость слоистых композитных оболочек. Математическая модель и некоторые аспекты численного анализа. Saarbrucken (Deutschland): Palmarium Acad. Pub., 2013. 93 с.
- 26. Куликов Г.М. Термоупругость гибких многослойных анизотропных оболочек // Изв. РАН. МТТ. 1994. № 2. С. 33–42.
- 27. Пикуль В.В. Механика оболочек. Владивосток: Дальнаука, 2009. 536 с.
- 28. Houlston R., DesRochers C.G. Nonlinear structural response of ship panels subjected to air blast loading // Computers&Struct. 1987. V. 26. № 1/2. P. 1–15.
- 29. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетерс Г.А. Сопротивление жестких полимерных материалов. Рига: Зинатне, 1972. 500 с.
- 30. Хажинский Г.М. Модели деформирования и разрушения металлов. М.: Научный мир, 2011. 231 с.
- 31. Рихтмайер Р., Мортон К. Разностные методы решения краевых задач. М.: Мир, 1972. 418 с.
- 32. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М., Нечаев, С.Г. Иванов И.Е., Матюхин Л.М., Морозов К.А. / Под ред. Луканина В.Н. Теплотехника. М.: Высш. шк., 2003. 671 с.
- 33. Зуев Л.Б., Данилов В.И. Физические основы прочности материалов: Учебное пособие. Долгопрудный: Изд. Дом “Интеллект”, 2013. 376 с.
