Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Механика композитных материалов. 1979, т. 15, 1

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
9.58 Mб
Скачать

Не зависящие от £ элементы матрицы А и вектора f вычисляются по фор­ мулам (нулевые элементы не выписываются)

,« Л

(“ И121)2

 

,„1

 

 

л

 

 

®1,<г>6,н

;

Л „ = 1,

А21=уЧ* | ~

m[[„,

—ton131J ;

 

Л 25= р , „ -

Ю|||„

 

Лм = 1;

Л)2= т36г ( — 1г'‘У

-coi2w ) ;

Л „ = -? * 62;

 

 

 

 

 

 

\

CDi 1Щ

 

 

 

/

 

 

 

 

 

л

l R

0312(1)бШ

\

 

_

 

I

б1цСй11(2)

 

\

;

А , Ь = У

^6 12, ------------- ^

 

------- } .

А ы = Ч 6

[ --------- (01|(„ ■

- Р ш j

 

 

 

 

 

6„,2

 

Л66= 1;

# 12= 1;

 

 

 

 

 

Аъъ—яи ц ------- ггг ;

 

 

 

 

 

 

 

 

шп'1'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В21 = -

/

(2 .

 

 

\

 

Я23 - 1;

 

^34=1;

 

 

П “ ‘2'2'------ ^

)

 

 

 

 

в « = -

[

 

( ® 12(1)) :

 

в ..—

V

( в... -

УУ

) :

1“ 22"’ - - H

r i i r - 1 '■

 

0)ц

 

 

 

(1)11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В&5--

Ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^56= 1;

у2б2 ;

h = - 1.

 

 

 

 

 

Здесь использованы обозначения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

^ btjwSh(Рлг—ph-i');

 

 

 

 

 

 

т

 

л=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0-25( p n - p ft- i 4) -

0.5(pfa3- p ft_,3)

 

 

 

=

Г

 

 

6iji =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ft=l

+

 

—Рл—i)

 

 

J ;

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0-2(ftft5 —Pft-i5) —0.375(ph4 —Pft-i4)

 

 

РгД

= £

bijW [

 

 

ft-i

 

 

 

 

daM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ySft(Pft2 —Ph-i2)

 

j

;

 

 

 

 

 

3Xjjap —

b%j№1

 

 

 

 

daam WWsk

 

 

 

 

 

h= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ( л ^ +л5 г) [7 ( ^ - Р » Л ) - | ( Р . 3- Р . - л ] +

 

 

 

+ 5A(Pft-Pft-i)va[ft]VpW

•;

 

 

 

 

 

89

du^st

[i-(f3ft5 —Ph-15) —

Pft-.4) +-jj-(P*3- P*-!3) ]

/1 = 1

 

 

 

где

 

 

 

Va w=

V

Pi3- 1,5р/

V Pi-13—1»5Pi-i

 

Sj^aa^

L J , ~ I и

 

 

j=I

Нетрудно проверить, что вектор

(У*ьО, У*з, О, О, У*б)', где штрих — знак

транспонирования и

 

 

 

СОц(1)

 

 

 

У*,=

 

 

 

 

 

 

 

у

2 [ с о ц (1) С 0 2 2 * 1* — ( 0 ) 1 2 ^ ^ )

 

 

 

 

2 ]

 

 

 

, л

 

СО 1 1 12 ) ( 0 i 2 ^

 

 

 

V

1

_ (2 |

1

У *

1

\

® 1 2 1

'

/

г

1

 

 

 

 

0 ) ц (1)

 

 

 

 

б 111 СО 1 2 (1)

\ у

*

 

=

Y

( ^ 1 2 1

1

1)

 

 

 

 

 

Ш ц (1)

'

 

 

является частным решением системы (2.7). Теперь достаточно найти об­ щее решение однородной системы уравнений

dY

Ж = A~'BY=CY,

что, как известно, сводится к решению полной проблемы собственных значений для матрицы С. При численном решении этой задачи может быть использован обобщенный метод вращения4.

Отметим, что исследование изгиба, проводимое в рамках гипотез Кирхгофа—Лява, приводит к системе уравнений (2.7) с вычеркнутыми в матрицах А, В последними двумя строками и столбцами. При этом в век­ торах У, /' вычеркиваются два последних элемента, а из граничных усло­ вий (2.8) исключаются два последних.

Возвращаясь к системе уравнений (2.1) —(2.3), введем безразмерные

переменные

w* = hUь и*х= Ш2;

u*^ = RUz\ л*ж= “ТрГ^4»

Us-

Выражая

Т*хх, T*ffX,

при

помощи

соотношений

(2.2),

(2.3) через

U1, .. ,U 5 и подставляя

эти выражения

в уравнения

(2.1),

приходим к

системе пяти однородных линейных дифференциальных уравнений с пере­ менными коэффициентами относительно пяти функций.

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

A*iC/i = 0

(k=\,

5).

 

(2.9)

 

i—1

 

 

 

 

 

 

 

 

Дифференциальные

операторы A/u- определяются формулами (чле­

нами порядка h/R по сравнению с единицей пренебрегаем)

 

 

 

д3

 

 

 

 

 

д3

,

д

Л ц= - у 2б2соц(2)з ^ -

- у 2(“ 12(2) + 2с1)33(2>)

2

5Г ;

 

 

Ж

 

 

 

 

 

W

+ v “ 12

Л 12 = со11(1*

д2

со3з(|)

д2

 

Л ]з=

 

д2

д%2

Н----——

— 7-;

 

(о)12(1) + о)зз(1))

 

 

 

б2

dtp2

 

 

 

 

Я д у

 

 

А

л

д2

 

6331

д2

 

 

 

 

Ли —Ош ——- + -

б2

dtp2 ’

 

 

 

 

 

 

д%2

 

 

 

90

 

 

 

 

 

 

д2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d3

 

 

 

 

Ai5—(6122+ 6332) -a^cp

;

 

Л21= —Y262(2CO33(2) + coi2(2)) а£2аФ

 

 

 

 

 

 

 

 

д3

 

 

д

 

 

 

A22= AI3;

 

 

 

 

оa2-

 

 

 

 

V2(022(2) -3-^- + Y“ 22(1) 3 —;

A23 = 62G)33(1) —----h

 

 

 

 

 

 

< v

' V“22(

 

mrndq,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C/£2

 

 

 

+ m22l"

^

r ;

Л24=(6зз1 + 6|21)^

 

;

Л« = 6!6з32

 

 

 

 

 

 

Л3| =

- т 3«,®и11А р —7 3б2(2(i)i2,3)+ 4(1)эз(3))

a4

-

 

 

a4

 

 

 

v30 22(3)_____[_■

 

 

 

+V262 ( 20l2'2i-Xv62cD„raiAL) -A r +v2 [2 a .» w -

 

 

 

-X

( Т62ш|2и

 

 

 

)

 

]_ J L

_ v [to22('i—X (v 6W

a2y,

 

 

 

 

 

a i2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— T

01

\

Л32 —762(I)IH2) ———h7(2(o33(2)+ COI2^2))

 

 

 

 

 

 

 

1фф j

 

 

 

 

 

 

oi3

 

 

 

 

 

a^acp2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

,

 

 

, а2 к,

 

\

 

a

 

А33 = 7 ш 22( 2)

аз

1-762 ( ( O I 2( 2 )

+

 

^ ( I 3 i 2 ( 1 ) —

Я.уб2(Оц(1)

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

аз

/

 

 

 

 

 

 

 

а2 У!

\

a

 

 

 

 

 

 

 

+2шзз'2|)

 

-

( 0)22

 

 

^ 62<012

di2

) ^

г ;

Лм =

 

 

 

 

 

аз

 

 

 

ч

 

аз

 

/

/ аФ

а2 У!

\

a

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

;

= v62Pin ^

i-+Y (2p33i + Pi2i)

 

 

 

( 6.2! -А7б2б,п

 

) —

 

 

 

a3

 

 

n

 

 

ч аз

/

 

 

 

 

а2 У, \ a,

 

Лз5=7Р222 " а ^ +7б2(р122+2рззз) "a^ a^

“ \

 

 

 

 

 

)

-d—

;

 

 

 

 

 

 

a3

 

 

 

 

 

 

 

a3

 

 

 

a

 

 

 

 

 

A 4, = - Y 262p i , i - ^ r - Y 2(p i2i + 2 p33i) ^ а ф2 + 7 б ш a f ’

 

 

 

 

A

A

 

A

A

 

A

 

______

 

a2

1

Л33Ц

a2

-

Al

>

 

 

A 42 = Ai4,

л 43= л 24;

Л44 —Лиц

 

 

 

 

-^ igT

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

;

 

 

 

 

 

 

.

 

a3

 

 

 

 

Л45= 1212 + Л3312) ^

 

 

 

А 51 = Y262(2p332+ Pl22)

а ^ а Ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а^аФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

“ Y2P222

a3

„ “t” Y®222

 

 

 

>

A52 = Л15, Л53 —Л25. Лб4 —Л45;

 

 

 

 

 

,

аФ

 

 

 

 

 

 

 

 

аФз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

a2

~

A 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л55 = 62Л3322 -Щг + Л2222

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь Уi — определенный выше безразмерный

прогиб;

Гфф°=

T

безразмерное окружное усилие; к=

— искомая безразмерная крити­

ческая нагрузка. Отметим, что исследование устойчивости, проводимое в рамках гипотез Кирхгофа—Лява, приводит к уравнениям (2.9) с вычерк­ нутыми в матрице операторов А двумя последними строками и столбцами.

91

Н еи зв ест н ы е

ф ункции U \ , . . . , £/5 б у д е м искать в в и д е д в о й н ы х т р и г о ­

н о м ет р и ч еск и х

р я до в Ф урье:

оо оо

 

U i =

 

 

^

U \пт sin лт£ cos пср;

U2 =

 

 

U2nm cos лт£ cos mp;

 

 

7 7 = 0 7 7 i = l

 

 

 

 

 

 

 

n = 0 m = 0

 

 

( 2. 10)

 

OO 00

 

 

 

 

 

 

 

OO

00

 

 

 

u z =

ZZ Uznm sin я

cos ncp;

£/4 =

z z f/4nm cos я т £ cos гсф;

 

n

=

l 7 7 1 = l

 

 

 

 

 

 

 

71=0 771=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£/* = Z

 

Z

 

^/бтгтп sin лm\ sin Пф.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

77=

1

777=1

 

 

 

 

 

 

 

 

Л е г к о

видеть, что

 

п р ед ст а в л ен и я

(2 .10)

у д о в л е т в о р я ю т у сл о в и я м

ш а р ­

н ирн ого

оп и р ан и я

 

(2 .4) и у сл о в и ю п ер и оди ч н ости

по к о о р д и н а т е ф.

П о д ­

ст а в л я я

в

п ервое,

второе, ч етвер тое

и пятое у р а в н ен и я

из

си стем ы

(2 .9)

ря ды ( 2. 10) и п ри р ав н и в ая

н у л ю

о б щ и е члены

к а ж д о г о

из

ч ет ы р ех

п о л у ­

ч ивш ихся

при эт ом

дв ой н ы х

т р и гон ом етр и ч еск и х

р я до в

Ф урье, п р и х о д и м

к си ст ем е

ч еты рех

л и н ей н ы х

а л геб р а и ч еск и х

ур ав н ен и й ,

с в я зы в а ю щ и х

м е ж д у

с о б о й

пять

величин

U \nm, . . . ,

U^nm'.

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

^ i l’,m,C/inm= 0

 

(*=1,2,3,4;

л > 0, m > l) .

(2.11)

 

 

 

i = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф ор м ул ы

д л я

вы числения

э л ем ен т о в

м атрицы R(nm) л егк о получить,

с о п о ст а в л я я

м атрицы R(nm) и

X. Так, н ап р и м ер ,

э л ем ен т ы

1-го с т о л б ц а

м атри ц ы

 

/?(п т ) п о л у ч а ю т ся

из

со о т в ет ст в у ю щ и х

э л е м е н т о в о п ер а т о р н о й

м атрицы А з а м е н о й - ^ - ^ л т , - ^ - * - — п и т. д. А н ал оги ч н ы м о б р а з о м

ст р оя т ся

эл ем ен т ы ост а л ь н ы х ст о л б ц о в м атрицы R(nm). Р а з р е ш и в при

0, m > 1

си ст ем у

а л ге б р а и ч е с к и х

у р ав н ен и й

( 2. 11)

о т н о си т ел ь н о

величин

£/277777, ■•

, £/577777, п ол уч и м

со от н ош ен и я

вида:

 

 

 

 

£/277777 —

/1 (л-ттг) U 1 П 1 П ) . . . ,

£ /577771—

1 ^

п т ) £ / 1717П .

( 2 . 1 2 )

Т аким

о б р а з о м , о п р е д е л и в

к о эф ф и ц и ен ты

U 2nm, • • • , U 5nm р а з л о ж е н и й

( 2. 10) ф о р м у л а м и ( 2. 12), у д о в л е т в о р и м п ер в ом у, в т о р о м у и ч ет в ер т ом у,

п я том у

у р а в н ен и я м систем ы

(2 .9 ) .

 

 

 

 

 

 

Р а з л о ж и м д а л е е

ф ун к ц и и

> 7Vr°> х а р а к т е р и з у ю щ и е о с н о в н о е с о ­

стоя н и е и н ай д ен н ы е

в р езу л ь т а т е

реш ен и я

з а д а ч и

и зги б а , в р я ды

Ф урье:

d 2Y 1=

2 z^s.cos ns£; 7’(рф°= 2 ^scos

 

Тогда, если

 

 

W

s=o

s=o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

У

У

 

c o s Мф,

(2 .13)

 

 

 

£/1 (6, Ф) =

L J

Z J CLnm s in

 

 

*

 

 

77=0 777=1

 

 

 

то д л я

к о эф ф и ц и ен т о в a nm и м ею т

м ест о в ы р а ж ен и я

 

 

 

а пт—

~

U \nqWq+m

^ ln q ^ q - m +

 

 

 

 

^ q = 1

 

^ «7=777+1

 

 

 

 

 

777—1

 

 

 

 

 

 

 

 

T" ^

UinqWm—q+ U\nmWQ.

 

(2 .14)

 

 

 

q

= l

 

 

 

 

 

92

Аналогичные формулы могут быть написаны для

T ^ U i и вообще для

всех произведении типа

встречающихся

в третьем

уравнении

системы

(2.9). Разлагая

d2Y1

T ^ U i и т. д. в ряды типа

(2.13), подставим эти

ль2 Е/ь

разложения, а

d l2

 

в третье

уравнение

системы

также разложения (2.10)

(2.9). Приравнивая общий член получающегося при этом двойного три­ гонометрического ряда к нулю и используя формулы типа (2.14), прихо­ дим при фиксированном п ^ О к однородной системе линейных алгебраи­ ческих уравнений бесконечного порядка

U \пз — [ l/ т т ^ П^U 1 Пт \

|x = A_1 (m= 1, 2,

)

(2.15)

S = 1

 

 

 

 

 

Здесь элементы диагональной матрицы /(,l)

вычисляются по формулам

/ т т (П)=у3б4Шп(3)я4т 4+уЗб2(2(012(3)+ 4СОзз(2))я2т 2Аг2+луЗа)22(3)п4 +

+ 2у262со,2(2>я2т 2 + 2у2(022(2)гс2 + уш22( 1>- [уб2соц(2,л;3ш3 + у (2созз(2) +

+ ti)i2(2))ятм 2+о)12(1,л ^] /i(7im)+ [уа)22(2)^3+

(wi2(2) + 2со33(2))л2т2п +

+ С022(1)я] /2(пт) —[y62pi 11л3т 3 + у (2р331 + pi2i)лтм2+ 6121л т] /3<пгп>+

+ [ур222^3+ y 6 2(pi22 +

2p332)n2m 2Al + 6 2 2 2 ^ ] / 4 (7lm)-

 

Элементы матрицы

вычисляются по формулам:

 

 

при тфБ

 

 

 

 

 

nms(n)= — уб2(аУ|771-»]—сУщ+s) [y262Jl2S2(D11(2) +у2С012(2)Н. +

 

“Нy(0i2(1) СО 11OftS/i(ns) -J-СО12(1}^^2(713) —6111JTS/3(ns) "1“ 6i22^4(ns)] 4-- ^У

(1 + П2) X

X (tm+s t\m—s|)

и при m — s

Qmm(n)= y62 ( — W2TTIWQ 'j [у262л2т 2Ш11(2)+у2(012(2)/г2 + уа)12(1)—

— С0ц(1)я т /1 < п т ) + 0)12(1)ц/2{71пг) —6 iiin m /3(nm) + 6 i 22« / 4(nm)] +

+ y (l+ tt2).

Условием существования нетривиального решения системы (2.15) явля­ ется выполнение равенства | —ц/(п)| =0 или, учитывая положитель­ ную определенность матрицы /("),

|У /^

= 0,

(2.16)

где / — единичная матрица. Задача состоит в отыскании наибольшего корня |хп уравнения (2.16). При численном решении уравнения (2.16) рассматриваются главные миноры конечного порядка, который увеличи­ ваем до тех пор, пока наибольший корень не стабилизируется в пределах заданной точности. На каждом таком шаге корни соответствующего урав­ нения могут быть найдены численно при помощи обобщенного метода вращений4. Проведя этот процесс при п = 0,1,. . и обозначив М*= шах {|хп}, получим для определения критической нагрузки фор-

л =0,1 , . .

мулу х= 1/ц*

93

х. р;,р:

Л/А

В качестве численного при­

 

 

мера решена задача о потере ус­

 

 

тойчивости двухслойной цилинд­

 

 

рической оболочки, один из слоев

 

 

которой армирован в окружном

0,95 направлении,

другой — в

про­

 

дольном. При вычислениях пола­

 

галось у = 0,02; 5I = 52= 1; оси = со2 =

 

= cozi = coz2 = 0,5, где со*, а>2/{ — ин-

одо тенсивности

армирования

в по­

 

верхности и в направлении тол­

 

щины &-го слоя3. Коэффициенты

 

Пуассона всех материалов счита­

°'к

лись одинаковыми и равными 0,3.

На рис. 1 сплошными линиями

0.50.5 0.5 0,7 0.5 приведены зависимости от пара­

Рис. 1.

метра Pi величин А*=103А (кри­

вые /, /'), Р*с = .ЮРс//гс

(//, II'),

 

Р*а= 102РаД а (///, III'),

найден­

ные при 6= 1; mi = m2 = 0,02, и штриховыми —

зависимость

величины

А/А (IV, IV'),

найденная при тех же параметрах. Здесь А — безразмерная

критическая

нагрузка, найденная без учета

поперечного

сдвига;

Рс, (Ра) —■нагрузка начального «разрушения» связующего (армирую­ щих элементов), найденная при учете сдвига по условию Мизеса

2

2

2

2

Ш ах {(7^д;с(а) "Н СГффС(а)

СГх.г-с(а)0'ффс(а)-Ь 3Tazc(a)} =

^с(а)

x , z

(kC(a) — предел текучести при растяжении связующего или арматуры). При этом кривые /—IV отвечают оболочке, у которой первый слой арми­ рован в продольном направлении, второй — в окружном, а кривые Г—I V — оболочке с противоположным расположением слоев. Отметим, что при изменении параметра Pi изменяются не только величины нагру­ зок начального «разрушения» Рс,

Рл и критической нагрузки А, но

 

и характер

возникновения

«раз­

 

рушения», а также форма потери

 

устойчивости. Не описывая из-за

 

недостатка

 

места

 

характера

 

возникновения

начального

«раз­

 

рушения»,

отметим

только, что

 

для

оболочки,

первый

слой

кото­

1,00

рой армирован в продольном на­

 

правлении, число окружных волн

 

увеличивается с 5 (Pi<0,15)

до 7

 

(Pi>0,55), а для оболочки с про­

 

тивоположным

расположением

 

слоев число окружных волн, на­

 

против, уменьшается с 7 (рi <0,45)

 

до 5 (Pi>0,9). Из рис. 1 видно

 

также,

что при рассматриваемых

 

здесь

геометрических

и физиче­

 

ских параметрах учет сдвига не

 

оказывает существенного влияния

 

на

величину

критической

на­

0,85

грузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 2 сплошными линиями

 

даны

зависимости

от

параметра

 

94

6 = R/l величин X (кривые I, I'),_P*a {II, II'), Р* {III, IIГ) и штрихо­

выми — зависимость величины Х/Х {IV, IV'). Эти зависимости построены при Pi = 0,5 для оболочки, первый слой которой армирован в продольном направлении, второй — в окружном. Кривые IIV построены при /?11= //г2 —0,05, кривые I'IV' — при /?2i = /?г2 = 0,0125. Отметим, что при увеличении параметра б число окружных волн увеличивается от 5 (6= 0,5) до 12 (6 = 3,5), при этом, как видно из рис- 2, различие в резуль­ татах расчета критической нагрузки по уточненной н классическим тео­ риям также увеличивается в тем большей мере, чем меньше сдвиговая жесткость материала. Отмеченное снижение уровня критической на­ грузки, найденной при учете сдвига, по сравнению с классической для более толстых оболочек может быть значительным. Полученные здесь результаты согласуются с выводами, сделанными в работе5.

На рисунках 3 и 4 сплошными линиями приведены зависимости от параметров Pi (рис. 3) и (б) (рис. 4) величин Р*я/Р*с (кривые I, /'), Х*/Р*с {II, II') и штриховыми линиями — зависимость величины Х*/Р*я {III, III'), найденные при тех же параметрах, что и зависимости, изобра­ женные на рисунках 1, 2. На рис. 3 кривые / —III соответствуют оболочке, первый слой которой армирован в продольном направлении, второй — в окружном, остальные кривые соответствуют оболочке с противополож­ ным расположением слоев. На рис. 4 кривые / —III построены при Ш1= тг = 0,05, кривые I'III' — при /723 = 7722 = 0,0125. Зависимости, изоб­ раженные на рисунках 3, 4, позволяют при фиксированном отношении величин k j k a, k J E ic, k J E {c выяснить, что произойдет раньше — «разру­ шение» связующего, «разрушение» армирующих элементов или разруше­ ние оболочки вследствие потери устойчивости.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Андреев А. Н., Немировский Ю. В. К теории упругих многослойных анизотроп­ ных оболочек. — Изв. АН СССР, Механика твердого тела, 1977, № 5, с. 87—96.

2.Немировский Ю. В. Об упруго-пластическом поведении армированного слоя. — Жури, прикл. механики и техн. физики, 1969, № 6 , с. 81—89.

3.Немировский Ю. В. К теории термоупругого изгиба армированных оболочек и

пластин. — Механика полимеров, 1972, № 5, с. 861—873.

4.Воеводин В. В. Численные методы алгебры. Теория и алгоритмы. М., 1966. 248 с.

5.Рикарде Р. Б., Тетере Г А. Устойчивость оболочек из композитных материалов.

рига, 1974. 310 с.

 

 

Институт гидродинамики Сибирского отделения

Поступило в редакцию 09.01.78

АН СССР, Новосибирск

_________ _

 

ных подкреплений и композитной обшивки, связаны с соответствующими перемещениями и, v, w следующим образом5:

1

du

 

1

d2w

■;

e2 =

1 /

R

da

 

 

da2

 

 

 

 

R \

X2

1

/

d2w

)

u. l (

du

~~~R*

1—-----1-w

 

 

\

dp2

 

R v ж

 

T —

 

2 d2w

 

/

dv

du

 

 

R2 dadfi +w

\

da

Ж

 

 

 

dv

CO.

dv da

( 1. 1)

\

где а и р — безразмерные ортогональные координаты, совпадающие с линиями главных кривизн срединной поверхности оболочки и имеющие начало отсчета на торце одного из стрингеров большей жесткости. Пол­ ную энергию системы Э вычисляем по формуле

Э= U+Uc + Um+A.

(1.2)

Потенциальная энергия деформации многослойной композитной обшивки запишется так5:

 

-ф—1 2л

 

 

 

^

= — J

J

{ C n e i 2 +

2 C i 2 e i e 2 + С22б22 + C66C02 +

2 C i 2 ( 0 6 i + 2 С 2 б О ) б 2

+

 

0

о

 

 

 

 

 

+ 2 [/Ci 1еi>c1+ К22 (щхг + 62X1) + К2262Х2 + /Сбб^зт+ /Сi6(SIT + СЖ1) +

+

К 2 б (б 2 Т +

С0Х2 ) ] +

Z ) iiX i2 + 2 £ ) i 2 X i X 2 + -022^22 +

^ 6 6 T 2 -|-2D i6T X -i +

 

 

 

 

 

+ 2D26TX2} R2dad$.

 

(1.3)

При этом коэффициенты упругости Bij выражаются через соответствую­ щие коэффициенты в главных направлениях упругости B'ij следующим образом5:

Ви = В'п cos4 (p + 2 (£/i2 + 2£ /66)sin2 ф c o s^ + B'22 sin4 ф;

В22 = В'ц sin4 ф+ 2(B/i2 + 2B,66)sin2 ф cos2 ф+ В'га cos4 ф;

B\2~ В'\2~\~[ В /ц + В'222(В/12 + 2В'бб)]55п2 ф COS2 ф",

BQQ= B/66+ [ ^ п + В'22—2 ( В ' ~\~2B'^s) ] Sin2 ф COS“ ф‘,

Bi6 = -^- [£'22 sin2 ф — В'и cos2 ф+ (#12+ 2Вбб)соь 2ф] sin 2ф;

B26 = Y [B722C0S2 ф -В 'п s i n ^ - (В\2+ 2Ввб) COS 2ф] sin 2ф.

Здесь ф — угол наклона между главными направлениями упругости и координатными линиями а, р. Потенциальная энергия деформации ре­ бер состоит из энергии изгиба, сжатия и кручения, при этом4:

1

2 ft, -

..

1

V

V

Г Г

£ icW

I °2w V

GflКР.С1 I

d2w

, dv \2 ,

 

2

^

^

0

L

2R*

'

da2 '

2RA '

dadfi

da '

 

 

1=1 /=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

icF ic

/

 

Rda\

 

(1.5)

 

 

 

 

 

2R2

\

 

 

 

 

 

 

 

 

P=P;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 — 2748

97

Осевые сжимающие напряжения а при переводе подкрепленной компо­ зитной конструкции из деформированного в начальное, недеформированное состояние совершают работу:

I/1452п

 

 

 

 

А = \

J об[

 

] №

d p +

 

О о

 

 

 

 

2 hi

1/-Ф

T \ R ~ d a '

-I P=Pi Rda,

( 1.6)

+ Z Z °f lCJ[ £1C

 

 

1_/

1

 

где eic — осевая деформация стрингера; E{c, Fic,

c(1), /Кр.с(Ч Z\c — со­

ответственно модуль упругости, площадь поперечного сечения, моменты инерции изгиба и кручения, эксцентриситет «сильного» стрингера; k\

их число; Е2с, /V, /из.с{2), Лф.с(2), • •, /из.ш(4), /кр.ш^', z2l", kA— соответствую­ щие характеристики «слабых» стрингеров, а также «сильных» и «слабых)'' шпангоутов; б?Лш, \ с>ш1—■модули сдвига и коэффициенты Пуассона мате­ риалов соответствующих подкреплений; ty= R/L.

Компоненты перемещений срединной поверхности обшивки задаем в виде одночленной аппроксимации3:

и = (Л\ c o s /г|3 + Л2sin пф) co s т а ; v = (В\ sin п$ + В2co s гг[5) sin т а ;

(1.7)

w = (Ci cosnB + C2sin/ip)sin т а ,

где т = т 0лф; Л,-, С,- — произвольные постоянные; т 0, п — параметры волнообразования. Подставляя (1.1) в (1.3) и учитывая соотношения (1.4) п (1.7), для угла ср = 0 получаем после интегрирования следую­ щее выражение для потенциальной энергии деформации рассматривае­ мой композитной обшивки:

U— {А12 + А22)Тх+ (б г + В22) Т2+ (Ci2+ С22) 73 +

+ 2(А2В2 — А\В\) ТА+ 2(В{С[ — В2С2) Т^—2 (Л1Ci + /й“$С2) 7s;

7i —С цт2+СббП2; Т2 — С22п2 + ^ СббН— ^--- h—^— ) /п2;

Г П , ^66

 

о о

-

4

,

^22 ,,

9Ч0

2Z)I2

т

2

( 1 - п~) -

Т, = С22 +

 

 

пг2п2+ —

т

4 + —

( 1

- ,j2 ) 2 _

_ _

2/Ci -m* +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1. 8)

- ^ - ( l - » 2);

n =

( с , а+ с и +

^

)

m /i;

7*=-

2/Сбб

 

 

K12

,,

.

Kw

2;'

 

 

R

n2- C 12-

R

0 - " 2) + ^ ™

 

-H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kee

D66 j m2 —^

^Cn

9

K22

 

 

 

 

 

+■

 

 

C22 —— m2-----— (1 - n 2) ] n.

 

 

 

tf2

 

 

 

 

 

/?

 

 

 

98