ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оптимальное проектирование многослойных пластин (непрерывная задача) из "Механика разрушения композитных материалов " Предложенный подход годится также для оптимального проектирования многослойных безмоментных оболочек. [c.228] Принцип равнопрочносш. Работоспособность конструкции зависит от следующих основных факторов, тесно связанных между собой геометрия конструкции, материал, внешние нагрузки, температура и агрессивность среды и тд. Пусть параметры, J 2. описывают эти факторы для некоторого проекта конструкции. Для определения возможных проектов необходимо в пространстве параметров (xj, J 2. x ) найти область безопасной работы конструкции. Если такая область существует, то нужно найти оптимальный проект, т.е. определить такие значения параметров, для которых выполнялось бы определенное условие экстремума (например, условие минимального веса или максимальной прочности конструкции). Прямой и очевидный метод решения задачи оптимального проектирования заключается в решении весьма большого числа прямых задач для различных комбинаций параметров и в последующем сравнении полученных решений по требуемому критерию с целью вьщеления единственного решения. Задача конструктора заключается в том, чтобы разумно сузить круг конкурирующих проектов, подвергаемых точному расчету и испытаниям. [c.228] Примем следующие допущения А, Б и В. [c.229] Конструкция работает в условиях, исключающих опасное развитие в ней эксплуатационных трещин за требуемый промежуток времени к эксплуатационным относятся усталостные, коррозионные и другие трещины). [c.229] Существенным недостатком теорий прочности является то, что в случае сложного напряженного состояния локальное разрушение часто не приводит к разрушению всей констрзосции. Фактически в окрестности опасной точки появляется либо пластическая зона, либо образуется трещина, которая развивается с увеличением нагрузок. Поэтому расчеты по феноменологическим теориям дают неудовлетворительные результаты для концентраторов напряжений - надрезов, выточек и т.п. [c.229] Локальное разрушение приводит к разрушению или потере работоспособности конструкции в целом. [c.229] Согласно этому доп)шдению можно пренебречь развитием пластических зон и трещин от момента их возникновения до потери несущей способности всей конструкции. Очевидно, это допущение идет в запас прочности. [c.229] Для многих важных случаев соображения принципа равнопрочности позволили сформулировать и решить прямые нелинейные математические проблемы для отыскания оптимальной переменной толщины оболочки (пластины), а также ее формы [158-164]. [c.229] Заметим, что экстремум, получаемый на основании принципа равно-прочности, вообще говоря, будет локальным, так как геометрия конструкции считается примерно заданной. Поэтому необходимо стремиться к использованию принципа равнопрочности на как можно более ранней стадии проектирования. Следует подчеркнуть, что при использовании различных материалов максимум удельной прочности может быть достигнут на неравнопрочных конструкциях или материалах (один такой случай рассматривается ниже). [c.230] Выбор материалов. Выбор оптимального материала зависит от назначения конструкции. При этом определяющими являются конструктивные, технологические и экономические соображения. Следует подчеркнуть, что конструкционный анализ (например, с помощью принципа равнопрочности), основанный на каких-либо идеализированных и практически трудно реализуемых предположениях, представляет интерес, вне зависимости от экономических и технологических соображений, поскольку последние обычно носят преходящий характер. [c.230] Процесс выбора оптимальных материалов, в идеале, может быть алгоритмизирован следующим образом. Все имеющиеся материалы, удовлетворяющие технологическим соображениям, нужно разбить на конкурирующие сочетания. Каждому сочетанию соответствует свой проект равнопрочной конструкции, размеры которой определяются при помощи принципа равнопрочности. Затем проекты сравниваются по нескольким признакам. Перечислим основные из них технические возможности (например, прочность, вес, скорость, управляемость и т.п.) экономические (стоимость конструкции, окупаемость и т.п.) эстетические и т.д. [c.230] Волевым решением один из конкретных признаков берется в качестве основного признака сравнения, а для всех остальных должны быть установлены приемлемые границы. Те проекты, которые не удовлетворяют последним, исключают из рассмотрения. В тех случаях, когда основной признак имеет меру, этот алгоритм приводит к простому перебору равнопрочных проектов, допущенных к сравнению по этому критерию. Если крите-рий одинаков для нескольких конкурирующих проектов, то среди оставшихся признаков надо выделить основной и повторить по нему процесс перебора. В тех случаях, когда основной признак неизмерим (удобство управления, качество, комфортабельность и т.п.), можно воспользоваться системой оценки его по баллам группой экспертов или по двоичной системе ( хорошо или плохо ). [c.230] Возможно сравнение также и по другим признакам (сопротивление сдвигу, длительная или антикоррозионная прочность, теплостойкость и Т.Д.). Будем считать, что свойства конкурирующих клеев находятся в приемлемых границах по этим признакам. [c.230] В случае нормального растяжения основным признаком будет сопротивление отрыву или усталостная прочность. Условию равно прочности будет удовлетворять тот 1слей, прочность которого равна прочности слабейшей из склеиваемых компонент. Дальнейшее сравнение проводится по стоимости, хотя экономический критерий может и заранее ограничить применение слишком дорогих клеев, в особенности для маловажных узлов. [c.231] Аналогичный процесс алгоритмизации можно использовать для выбора оптимального метода сварки или какого-либо другого технологического способа сцепления двух материалов. [c.231] Прямая задача расчета многослойной пластины со сквозными трещинами. Для постановки обратной задачи оптимального проектирования конструкции необходимо найти решение прямой задачи об определении коэффициента интенсивности напряжений в окрестности конца трещины, наиболее опасной для данной конструкции. Для многослойной пластины такой трещиной является поперечная сквозная трещина, пересекающая все слои пластины поверхностные трещины являются менее опасными, так как при переходе из одного слоя в другой трещину удерживает поверхность раздела. [c.231] Вернуться к основной статье