Докторант. БЕКАЕВ А.Е.
Международный Казахско-Туреций университет им. А.Ясави,
Казахстан.
ОБ ИЗУЧЕНИИ НАПРЯЖЕННОСТИ СЛОИСТОГО
ЦИЛИНДРА
Конструкции
из композиционных материалов открывает важный резерв прочности и оптимизации [1-3]. При этом возникают новые задачи, которые следуют
использовать соотношений пространственой теории упругости. Следовательно, в
данной работе напряженно-деформированного состояния цилиндра на основе
пространственного подхода. При этом цилиндр рассматривается как один из слоев
конструкции из композиционного материала.
Рассматривается полый цилиндр
конечной длины с внутренним r
= a, внешним r = в радиусами. Материал
цилиндра изотропный и упругий.
На внутренней и внешней поверхностях заданы:
при r = a, (1)
при
r = в.
На торцах цилиндра рассматриваются
следующие граничные условия
при z=0,
(2)
Уравнения равновесия [4] сводится к уравнению относительно u1
(3)
где
(4)
Введены
следующие безразмерные параметры:
(5)
Решение уравнения (3) отыскивается в виде суммы
четырех решений
, (6)
в котором - неизвестные функции, – некоторое действительное число.
Для определения функций получается
, (7)
в которых кi=1 при i=1,2, и ki=
–1 при i=3,4.
Если учесть (4), то уравнения (8) можно привести к виду
(8)
Если провести замену
, (9)
то при условии, что отлично от
нуля, уравнение (9) примет вид
(10)
Линейно-независимые решения уравнения Бесселя (ki=1) и модифицированного
уравнения Бесселя (ki= –1)
первого рода
(11)
даются функциями Бесселя действительного (I1,
Y1 при ki=1) и мнимого
(1, K1 при
ki= –1) аргументов [5] .
Два других решения (11) при определенном ki следует искать как частные решения
уравнений
(12)
(13)
Методом вариации произвольных постоянных [6] можно
получить, что
(14)
при i=1,2.
(15)
при
i=3,4.
Таким образом, решение уравнения (9) может быть
записано в виде
(16)
в котором
(17)
при i=1,2 и
= (18)
при i=3,4.
Тогда
(19)
где – базисные
функции
(20)
При этом продольная
компонента перемещения записывается в виде
(21)
где под подразумевается
производная этой функции по .
Для реализации единственности решения
задачи с однородными граничными условиями на торцах () необходимо наложить на функцию условие
(22)
Вторую произвольную функцию интегрирования
удобно
отыскивать в виде
(23)
где - постоянные числа, подлежащие определению.
При условиях (23), (24) продольная компонента перемещения записывается в
виде
(24)
Определены неизвестные постоянные из граничных условий на
боковых поверхностях цилиндра, а из граничных условии на торцах цилиндра конкретизирован неизвестный параметр .
При этом
(25)
Компоненты деформации и напряжений
(26)
где
(27)
(28)
-символ Кронекера. Построенное решение для цилиндра конечной длины предполагает, что на наружной
радиальной поверхности в качестве граничных условий используются перемещения
(см. условие (1)). Этими перемещениями могут быть перемещения другого цилиндра,
окружающего исследуемый цилиндр. Поэтому, полученные решения
можно использовать в контексте с изучением поведения других слоев слоистого цилиндра.
Литература
1.
Андреев А.Н., Немировский Ю.В. Многослойные анизотропные оболочки и пластины.- Новосибирск, Наука, 2001.
287с.
2.
Григоренко Я. М., Крюков Н.И. Исследование несиммметричного НДС
трансверсально-изотропных цилиндров при различных граничных условиях.-Прикладная механика,
1998,т.34,№7.с.3-10.
3.
Олегин И.П. Определение напряженного состояния в трансверсально-изотропных
цилиндрических телах. - Научный
Вестник НГТУ, 2001, №2. с. 95-104.
4.
Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. –М., Наука, 1977,415с.
5.
Кузмин Р.О. Бесселевы функции.-Л.-М., ГРОЛ, 1935,249 с.
6.
Матвеев Н.М. Методы интегрирования обыкновенных дифференциальных
уравнений.- М.,
Вш, 1963.