Конечно-элементное решение некоторых трехмерных задач упругопластического деформирования и устойчивости стержней и оболочек

-¦fn*'.

Появление и интенсивное. развитие вычислительных машин оказали существенное влияние на характер и темпы развития методов решения задач ~ прочности. Наряду с повышением скорости и точности вычислений происходит постепенный отказ от классических подходов составления расчётных схем, в которых несущие конструкции разделялись на балки, пластинки, оболочки, анализ напряженно-деформированного состояния которых производился изолированно, простейшими методами строительной механики и сопротивления материалов. Интенсивное развитие получили численные методы, позволившие значительно расширить класс и постановку решаемых задач за счёт более полного учёта реальных форм исследуемых конструкций ивзаимного влияния входящих в них элементов, условий — нагружения и свойств используемых материалов. При решении задач, связанных с деформированием элементов конструкций и деталей машин проведение натурных испытаний часто вызывает значительные трудности и большие материальные затраты. В тех случаях, когда натурный эксперимент трудно осуществим,^{применение} аналитических методов ограничено рамками грубой идеализации, численное моделирование становится практически единственным инструментом исследования.

Оболочки, пластины, стержни, являясь основными элементами конструкций авиационной, автомобильной, атомной, космической техники, в процессе эксплуатации подвергаются импульсным и ударным воздействиям. Необходимость обеспечения надежности и безопасности конструкций с одной стороны, и их рациональное проектирование с другой стороны, требует учета различного рода нелинейных эффектов деформирования. В связи с изложенным выше, представляются актуальными теоретические и экспериментальные исследования процессов нестационарного деформирования трехмерных оболочечных и стержневых элементов конструкций приналичии больших деформаций и формоизменений," нелинейных свойств материала, контактного взаимодействия, краевых г эффектов и т. д. Важным, при этом, является изучение областей — применимости современных численных методов и алгоритмов решения упомянутых задач прочности и их развитие в соответствии с требованиями.

— Заключение.

Развита конечно-элементная методика решения трехмерных. упругопластических задач динамики с уточненной &bdquo-схемой вычисления «моментных» компонент пластических деформаций и напряжений в конечньВГЗЛементах сплошной среды и оболочки. Методика основана на явной5®схеме интегрирования по времени типа «крест» и 8-узловом конечном элементе с полилинейной аппроксимацией скоростей перемещений. На ряде задач нестационарного деформирования элементов конструкций исследована точность и устойчивость модифицированных КЭ. Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением с данными вычислительных и натурных экспериментов. В геометрически и физически нелинейной постановке решены новые трехмерные исследовательские и прикладные задачи: ' • Задача упругопластического выпучивания цилиндрической оболочки при статическом и динамическом осевом сжатии с учетом контактного взаимодействия образующихся осесимметричных и неосесимметричных складок. Рассчитанные формы выпучивания, осевые силы и остаточные прогибы хорошо согласуются с экспериментальными данными для оболочки из стали 12X18Н1 ОТ. ' Проанализированы большие деформации, предельные состояния и У закритическое поведение упругопластических стержней квадратного и прямоугольного поперечного сечения при «растяжении с учетом краевых эффектов и неоднородности НДС. Результаты расчетов хорошо согласуются по формоизменениям и усилиям в испытуемых образцах из стали 12X18Н1 ОТ и красной меди. • - Изучено динамическое деформирование, и проведена оценка прочности упаковочного комплекта для авиационной транспортировки ядерного топлива. :при осевом и боковом соударении с жесткой преградой со скоростью 90 м/с. Результаты численного моделирования продольного. *хоударения удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными по остаточным прогибам и уровням перегрузок. ^ 3. Новые типы элементов^, включени е библиотеку КЭ 'пакета программ «Динамика-З» и могут быть использованы в различных подконструкциях в зависимости от характера НДС. Развиты преи постпроцессорные средства пакета программ. Модифицикация вычислительного комплекса — позволила расширить класс решаемых упругопластических задач при больших формоизменениях и контактных взаимодействияхэлементов конструкций. Разработанная методика, ее программная реализация и результаты расчетов используются в расчетной практике РФЯЦ ВНИИЭФ ~ и ОКБ Машиностроения Минатома.

Г. — tL.