Автореферат (Исследование ударного взаимодействия слоистых элементов конструкций с жидкостью)

На правах рукописиКрупенин Александр МихайловичИССЛЕДОВАНИЕ УДАРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СЛОИСТЫХЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ С ЖИДКОСТЬЮ01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратурыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2016Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет)»Научный руководитель:кандидат технических наук, доцент МартиросовМихаил Иванович.Официальные оппоненты: Попов Виктор Сергеевичдоктор технических наук, профессор, профессоркафедры «Прикладная математика и системныйанализ»федеральногогосударственногобюджетного образовательного учреждения высшегообразования«Саратовскийгосударственныйтехнический университет имени Гагарина Ю.А.»;Афанасьев Александр Владимировичкандидат технических наук, инженер«Нанотехнологический центр композитов».ОООВедущая организация:Центральный научно-исследовательский институтстроительных конструкций имени В.

А. Кучеренко АО «НИЦ Строительство»(ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко).Защита состоится «7» декабря 2016 г. в 14.00 на заседании диссертационногосовета Д 212.125.05 в ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет)», по адресу: 125871, г. Москва,ГСП-3, Волоколамское шоссе, дом 4.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московскогоавиационного института (национального исследовательского университета) и насайте http://mai.ru/upload/iblock/051/dissertatsiya_krupenin.pdf.Автореферат разослан «31» октября 2016 года.Ученый секретарьдиссертационного советаГ.

В. Федотенков2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность. В современных авиационных, ракетных и космическихсистемах применяются транспортные средства и аппараты, вступающие вударное взаимодействие с жидкостью в процессе эксплуатации или нааварийных режимах работы (экранопланы, спускаемые капсулы и платформы сгрузами, гидросамолеты).Для эффективного проектирование подобных конструкций необходимоучитывать различные эффекты взаимодействия их с жидкостью и применятьсовременные решения, способствующие сохранению прочности и надежностипри уменьшении массы (слоистые конструкции, композиционные материалы).Сложный характер движения жидкости в сочетании с нелинейным поведениемматериалов конструкции исключает возможность аналитического решенияпоставленной проблемы.Применительнокзадачамсброса грузов на воду на практикеиспользуются платформы преимущественно прямоугольной или круглой формы,а при ударе различных конструкций о воду форма днищ, как правило,клинообразная.

Ко всему прочему, как было отмечено выше, конструкцияударных поверхностей представляет собой набор слоев из различныхматериалов.Проблемаударноговзаимодействияконструкцийсжидкостьюисследовалась на протяжении многих лет и остается актуальной и по сей день.Современные исследователи все шире используют численные методы, ибоони позволяют решать задачи такого рода в полной (связной) аэрогидроупругойпостановке, когда уравнения для тела и жидкости решаются совместно.Однако,влияниевоздушнойпрослойки,междуконструкциейижидкостью, на процесс ударного взаимодействия в полной связной постановкедо сих пор не проведено.

Наличие воздушной прослойки между конструкцией ижидкостью может существенно сказаться на значении и распределении давлений3на конструкцию со стороны среды. Игнорирование воздушной прослойкиприводиткснижениюэффективностипроектированияконструкцийвзаимодействующих с жидкостью.Слоистыеконструкциистановятсявсеболеераспространенывсовременной технике в связи с более эффективными удельными параметрами.Поведение слоистых конструкций под действием различных нагрузокдостаточно подробно изучено. Однако, и в отечественных, и в зарубежныхисточниках отсутствует решение задач о взаимодействии слоистых конструкцийс жидкостью с учетом воздушной прослойки в связной постановке.Учет связности, то есть взаимоучет деформаций тела, жидкости ивоздушного слоя между ними, может существенно сказаться на процессе удара ипогружения, и, как следствие, на динамических характеристиках и несущейспособности конструкции.Цель работы – исследовать динамические характеристики ряда слоистыхэлементов конструкций (круговая и прямоугольная пластины, малокилеватыйклин), при их вертикальном ударном взаимодействии с первоначальноневозмущеннойИсследуетсяповерхностьюначальныйэтапидеальнойсжимаемойвзаимодействия,когдажидкости(воды).гидродинамическиедавления достигают максимальных значений.Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:-Разработатьметодикучисленногомоделированияударноговзаимодействия слоистых элементов конструкций с жидкостью с учетомвоздушной прослойки в связной постановке;-Исследоватьвлияниевоздушнойпрослойкимежду элементомконструкции и жидкостью на процесс ударного взаимодействия элементаконструкции о поверхность жидкости;4- Исследовать влияние связности (взаимоучета деформаций тела,жидкости и воздушного слоя между ними) на процесс ударного взаимодействияэлемента конструкции о поверхность жидкости;- Исследовать динамические характеристики ряда слоистых элементовконструкций (круговой, прямоугольной трехслойных пластин, трехслойногомалокилеватогоклина)приихвертикальномудареопервоначальноневозмущенную поверхность идеальной сжимаемой жидкости;Научная новизна:- Разработана методика решения задач ударного взаимодействия слоистыхэлементов конструкций с жидкостью, учитывающая влияние воздушнойпрослойки, между конструкцией и жидкостью, в связной постановке;-Исследовановлияниевоздушнойпрослойкимеждуэлементомконструкции и жидкостью на процесс удара конструкции о поверхностьжидкости;- Исследовано влияние связности на процесс удара конструкции оповерхность жидкости;- Решен ряд новых задача о вертикальном ударе слоистых элементовконструкций (круговая, прямоугольная пластины, малокилеватый клин) опервоначально невозмущенную поверхность идеальной сжимаемой жидкости сучетом воздушной прослойки в связной постановке.

Проведен параметрическийанализ динамических характеристик слоистых элементов конструкций взависимости от начальной скорости взаимодействия;Практическое значение работы заключается в использовании результатовисследования при проектировании и поверочном расчете элементов конструкцийавиационной и морской техники, в частности:1.Днищ гидросамолетов и экранопланов2.Оснований платформ для сброса, спуска грузов на воду5Результаты диссертационной работы внедрены в расчетную практику, чтоподтверждается актом внедрения: ЗАО «ВСТ-Спецтехника» г. Москва, 2016 год.Достоверностьрезультатов.Достоверностьнаучных положенийивыводов диссертации базируется на комплексном применении современныхматематическихметодованализа,удовлетворительномсовпаденииэкспериментальных, аналитических и численных результатов.Методы решения. Задача решается методом конечных элементов.Используется явная схема интегрирования по времени.

Для моделированияэлементов конструкций используются 4-х узловые элементы Лагранжа снеполным интегрированием. Перемещения на элементе ищется по формуле:4 () = ∑ (),( = , )=1где φλ – функции формы: =1(1 + )(1 + ),4 – координаты λ – ого узла в направлении j.На защиту выносятся следующие положения:- результаты исследования влияния воздушной прослойки междуэлементом конструкции и жидкостью на процесс удара элементов конструкций ожидкость.- результаты исследования связности (взаимоучета деформаций тела,жидкости и воздушного слоя между ними) на процесс удара элементовконструкций о жидкость.-результатыисследованияповедениярядаслоистыхэлементовконструкций (круговая и прямоугольная пластины, малокилеватый клин) при их6вертикальном ударе о первоначально невозмущенную поверхность идеальнойсжимаемой жидкости (воды).Личный вклад автора.Авторомразработанаиверифицированаметодикачисленногоисследования ударного взаимодействия слоистых элементов конструкций сжидкостью в связной постановке с учетом воздушной прослойки междуконструкцией и жидкостью.

Выполнен весь объем аналитических и численныхработ. Обработаны и проанализированы результаты. Сформулированы выводыпо каждому разделу работы.Апробация работы и публикации.Результаты диссертационной работы докладывались на:-Всероссийская студенческая научно-техническая школа-семинар«Аэрокосмическая декада» (г. Алушта, республика Крым, 2009 г.);- Международная научно-техническая конференция «Исследование,разработка и применение высоких технологий в промышленности» (СанктПетербург, 2010 г.);- Международной конференции «Авиация и космонавтика» (Москва,2010, 2011, 2013, г.г.);-Международная молодёжная научная конференция «Туполевскиечтения» (Москва, 2011 г.);-Международныйсимпозиум«Динамическиеитехнологическиепроблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г.