Отзыв ведущей организации (Стержневые и полупространственные модели деформирования слоистых закрученных изделий в поле стационарных и нестационарных нагрузок)

Федеральное государственное бюджетное учреждение наукиИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИРоссийской академии наук«УТВЕРЖДАЮ»Зам. директора ИПРИМ РАНпо научной работе д.ф.-м.н.,профессор Данилин А.Н.125040, Москва, Ленинградский пр-т, д.7, стр.1тел. (495)946-18-06, 946-18-02; факс: (495)946-18-03e-mail: iam@iam.ras.ru« / с ? » _________ OZLИ сх. №~2(Н7 г.2017 г.____________отзывВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИна диссертационную работуНУРИМБЕТОВА Алибека Усинбаевича«Стержневые и полупространственные модели деформирования слоистыхзакрученных изделий в поле стационарных и нестационарных нагрузок»,представленную на соискание ученой степени доктора технических наукпо специальности 01.02.04 - «Механика деформируемого твердого тела»Общие сведения о диссертационной работеНа рассмотрение ведущей организации представлена диссертационнаяработа Нуримбетова Алибека Усипбаевича объемом 343 страницы, включающая124 рисунка, 22 таблицы, структурно подразделенная на введение, шесть глав,заключение, список литературы из 259 наименований и приложение объемом 251страница, а также автореферат вышеозначенной диссертации.Изучение диссертационной работы, автореферата и публикаций соискателяпозволило сформулировать представленные ниже заключения.1.

Актуальность темы диссертационной работыРазработка ключевых элементов конструкций летательных аппаратов и ихэнергетических установок на основе композиционных материалов (далее КМ)представляется одним из перспективных направления развития авиационной[о OLтехники. В свою очередь, определение напряженно-деформированного состояния(далее НДС) многослойных композиционных стержневых изделий произвольногосечения с учетом внутренней структуры композиционного материала (далее КМ)является сложной задачей, требующей весьма значительных вычислительныхресурсовприприменениисертифицированныхпрограммныхкомплексоввычислительного моделирования на базе метода конечных элементов.

В рядеслучаев попытки решения задачи подобных задач для многослойных стержневыхэлементов из КМ на основе конечно-элементных моделей редуцированнойразмерности, необходимых на ранних этапах проектирования изделий ииспользующихрезультатам.моделиквазиоднородногоАдекватноеописаниеКМ,привелистатическогокинеадекватнымдинамическогодеформирования изделий такого класса при комбинированном температурном исиловом нагружениях приближенными моделями даже в рамках линейнойпостановки задачи является одной из основных проблем теории слоистыханизотропныхстержней.Соответственно,темадиссертационнойработыпредставляется актуальной.2.Оценка содержания диссертационной работы, ее завершенность.Основнойцельюдиссертационнойработыявлялосьсозданиетеоретической базы для расчета и проектирования композиционных лопатоккомпрессоров авиационных двигателей, обеспечивающей учет влияния структурыкомпозиционногопакетанаНДСконструкциинабазеоднородных,квазиоднородных и структурно-неоднородных моделей.Для достижениясформулированных целей диссертационной работысоискателем были поставлены и решены следующие задачи:- разработка метода приближенного решения задачи теории упругости дляслоистого неоднородного анизотропного тела, обеспечивающего учетвлияния структуры материала на напряженное и деформированноесостояние при действии комбинированных нагрузок;- разработкаметодаоценкижесткостинакручениенеоднородныханизотропных тел, приближенно описываемых моделью закрученногокомпозиционного стержня;- исследованиекасательных напряженийна границах слоев упругиханизотропных неоднородных тел;- разработка методов расчета закрученных анизотропных композиционныхстержней с произвольной формой сечения при изгибе, кручении ирастяжении центробежными силами;- разработка методов расчета и оптимизации структуры КМ лопатоккомпрессоров авиационных двигателей;- разработка основных соотношений для инженерного расчета напряжений вкомпозиционном пакете, углов раскрутки и частот колебаний лопатоккомпрессоров.Постановка и решение описанных задач, анализ результатов сведены вработу следующей структуры и содержания.Во введении обоснованы актуальность темы диссертационной работы,выбор метода решения поставленных задач, научная новизна результатов работы,их теоретическая и практическая значимость, сформулированы цели и задачидиссертационного исследования, представлены сведения об апробации работы,публикациях соискателя, структуре и объеме диссертации, а также перечисленырезультаты, выносимые на защиту.Впервойглавесодержитсяаналитическийобзорразличныхфеноменологических моделей поведения КМ и соответствующих системопределяющих соотношений.

Приведены основные сведения о композиционныхматериалах и математических моделях деформирования различных конструкцийиз КМ. Проведено сравнение моделей на основе эффективных свойств иструктурных моделей КМ. Обоснован выбор в качестве базы последующихтеоретических разработок структурной модели линейного деформированиястержневых многослойных изделий из КМ. Описаны основные особенностиконструкции композиционных лопаток компрессоров авиационных двигателей испецифика их деформирования, влияющая на выбор силовых схем и армированияматериала. Приведены определяющие соотношения линейно-упругого КМ ипостроенная на их основе модель многослойного стержня произвольного сечения.Описано решение технологической задачи раскроя слоев композиционного пакетамногослойного стержня.

Рассмотрена численная реализация задачи о чистомкручении многослойного стержня прямоугольного сечения и аналитическиустановлена зависимость жесткости на кручение от числа слоев. Предложенаномограмма, позволяющая оценить отдельные характеристики многослойногостержня на основе небольшого объема информации о материале слоев на этапеэскизного проектирования тонкостенных многослойных конструкций.Во второй главе рассмотрена задача о кручении для многослойного стержняпроизвольного сечения и компрессорной лопатки из КМ и ее решение на баземетода конечных элементов.

Описан алгоритм разбиения области поперечногосечения стержня треугольными конечными элементами, алгоритм построенияматрицы жесткости треугольного элемента слоистого анизотропного стержня ипроцедура ансамблирования глобальной матрицы жесткости стержня. Приведенырезультаты конечно-элементного решения задачи о кручении анизотропногокомпозиционного стержня, положенные в основу определения НДС стержневыхэлементовконструкций,находящихсяподсовместнымдействиемрастягивающих сил (в том числе центробежных нагрузок), изгибающих икрутящих моментов, а также при описании колебаний конструкций такого типа.В третьей главе рассматривается задача о совместном кручении, изгибе ирастяжении естественно-закрученных стержневых элементов из КМ.

Построеныкинематические соотношения теории закрученных стержней, получены уравненияравновесия и постановка краевой задачи при различных вариантах условийсопряжения слоев. Предложен численный алгоритм пошагового решения задачи,описан алгоритм его программной реализации. Построено решение ряда задач оНДС закрученных анизотропных составных стержней с различной формойсечения и структурой композиционного пакета. Получен ряд качественныхвыводов, в частности, обнаружено существенное перераспределение напряженийв сечении многослойной конструкции.

Приведены результаты сравненияполученныхрешенийс экспериментальнымиданными,подтверждающиеавторские результаты. Приведены решения задач о НДС компрессорных лопатокиз КМ в поле центробежных сил.В четвертой главе при использовании основных результатов третьей главыдиссертационной работы предложены упрощенные расчетные схемы длянекоторыхпрактическихважныхслучаевдеформированияслоистойкомпозиционной компрессорной лопатки. Для определения НДС лопаток,находящихся в поле центробежных сил, проведены численные эксперименты набазе метода конечных элементов и программного комплекса ANSYS. В основуконечно-элементных моделей положены геометрические характеристики сечениякомпрессорной лопатки слоистой структуры, вычисленные на базе специальноразработанного автором программного модуля.

Проведен сравнительный анализконечно-элементных решенийлопатки,армированнойзадачио деформированииоднонаправленнымкомпозиционнойборалюминием,савторскимирешениями, приведенными в третьей главе диссертационной работе, покомпонентам напряжения в сечении. Сделан вывод о вполне удовлетворительномсовпадении результатов решения задачи авторским методом, выносимым назащиту, с численным решением задачи для лопатки в трехмерной постановкезадачи теории упругости анизотропного квазиоднородного тела.Впятойглавеисследуютсяпоперечныесвободныеколебаниякомпозиционных компрессорных лопаток. Приведена вариационная постановказадачи динамики анизотропного неоднородного упругого стержня слоистойструктуры, формулировка основной энергетической теоремы и принципавиртуальныхработдлямногослойныхармированныхтел,обобщеннаяформулировка принципа Гамильтона для динамической задачи теории упругостимногослойного анизотропного неоднородного тела.

Приведено доказательствоединственности решения задачи динамики для упругой многослойной системы.Приведены результаты для первых трех изгибных форм колебаний стержняпрямоугольного сечения из КМ и сравнение расчетов с экспериментальнымиданными. На базе численных решений показана возможность управлятьсобственными частотами колебаний без изменения геометрических размеров иформы композитных стержневых элементов путем выбора материала и структурыслоистого композита.