Диссертация (1026016)
Текст из файла
Московский государственный технический университет имениН.Э. БауманаНа правах рукописиЧАН КИ АНРАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТАБЕЗМОМЕНТНЫХ СЕТЧАТЫХ ОБОЛОЧЕК ВРАЩЕНИЯС НЕСИММЕТРИЧНО УЛОЖЕННЫМИ НИТЯМИСпециальность 01.02.04 – Механика деформируемого твердого телаДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, доцентСОРОКИН Ф.Д.Москва 20142ОГЛАВЛЕНИЕСтр.Введение………………………………………………………………..................6Глава 1. Анализ работ по механике сетчатых оболочек………………….121.1.
Проблемы исследования мягких оболочек ………………………..121.2. Проблемы композитных оболочек………………………….………151.3. Мягкая сетчатая оболочка ……...………...........................................171.4. Применениесетчатыхоболочеквизготовлениипневмоамортизаторов и муфт……….………………………….………..231.5. Возможность применения сетчатых оболочек в устройствахуправляемой упругой деформации (УУД.)………………………….......25Глава 2. Равновесные конфигураций сетчатых оболочек вращенияс несимметричной укладкой нитей…………….............................................292.1. Соотношение между мембранными силами………………………..292.2.
Построение профиля оболочки принесимметричнойгеодезической намотке.................……………...………………………...332.3. Натяжение нитей при несимметричной укладке………………….372.4. Пример расчета напряженно – деформированного состояниясетчатойоболочки с несимметричной укладкой нитей погеодезическим линиям………………………………………………........392.5. Контроль полученныхсоотношений сопоставлением ссимметричной укладкой …..……………………………………………42Глава 3. Большие перемещения сетчатых оболочек вращения cнесимметрично уложенными нитями приосесимметричномнагружении и устройство преобразования давления в крутящий3Стр.момент.………………………………………………………………...…………473.1.
Геометрическиесоотношениясетчатойоболочки снесимметрично уложенными нитями………………………………........483.2. Системадифференциальных уравненийдлярасчетабольших перемещений сетчатых оболочек с несимметричноуложенными нитями ……………………………………………….........533.3. Учет растяжимости нитей ………………………………………..563.4. Пример расчета сетчатой оболочки ………………………..……..583.5.
Полный потенциал сетчатой оболочки при осесимметричныхдеформациях и его минимизация………………………………………..693.6. Преобразование внутреннего давления в крутящий момент….......72Глава 4. Большие перемещения сетчатых оболочек произвольнойформы с произвольным законом укладки нитей…………………………..754.1. Полныйпотенциалсетчатойоболочкивращенияспеременными по меридиану и по окружной координате угламинаклона нитей …………………………………………………….............764.2. Расчетбольшихперемещенийсетчатыхоболочекпроизвольной формы на основе принципа минимума полногопотенциала системы………………………………………………………794.3.
Устройства управляемой упругой деформации (УУД) наоснове сетчатых оболочек………………………………………………..834.4. Вычислениетягового моментаоболочки иконтрольрезультатов на основе механики гибких стержней………….…………884.5. Расчетупругойхарактеристикиупругогоэлемента4Стр.пневмобаллонной муфты…………………………………………….......93Глава 5. Расчет сетчатой оболочки движителя транспортногосредства высокой проходимости……………………………………………..995.1. Описание транспортного средство высокой проходимости сэласто-винтовым движителем…...……………..………………………..995.2. Начальное напряженное состояние резинокордной оболочки..…1045.3. Учет распределенной нагрузки со стороны грунта…………….…1095.4.
Взаимодействие резинокордной оболочки шнекохода сколесами генератора волн..……………………………………………111Выводы и заключение...……………………………………………….……..120Список литературы………………………………..………………………….122Приложения……………………………………………………………………1385ВВОДИМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯДУДифференциальное уравнениеКМКомпозиционный материалМКЭМетод конечных элементовНДСНапряженно-деформированное состояниеСОНРНСетчатая оболочка с несимметричным расположением нитейУУДУправляемая упругая деформацияЭВМЭлектронно-вычислительная машина6ВВЕДЕНИЕАктуальность проблемы. Сетчатые оболочки успешно применяютсяприконструированииавтомобильныхшин,баллоновдавления,пневмобаллонных муфт, пневмоамортизаторов, оплеток рукавов и другихизделий.
Кроме того, в данной диссертации предлагается использоватьсетчатые оболочки в качестве устройств управляемой упругой деформации иэластичного шнека для транспортного средства высокой проходимости.Стенкасетчатойоболочкиобразованасемействамиперекрещивающихся нитей. Если семейств нитей всего два - левое и правое,то сетка нитей является геометрически изменяемой, так как в основе еележит нежесткая фигура - параллелограмм, а сами нити могут свободноизгибаться.Обычновисходномсостояниисетчатыеоболочкиосесимметричны. При этом нити левого и правого семейств уложены пододинаковыми углами (п = л).Однако симметричная укладка (симметричное армирование) можетбыть нарушена по ряду причин:- специальная укладка нитей под разными углами;- погрешность изготовления;- изменение углов вследствие приложения осевого крутящего момента;- неодинаковое изменение углов в процессе работы.Такие оболочки практически не исследованы, т. е.
существует малоизученный класс сетчатых оболочек вращения, в которых углы укладкинитей правого и левого семейств не совпадают (п л). Кроме того исходнаяформа срединной поверхности оболочки может даже отличаться отповерхности вращения.Несимметричная укладка приводит к возникновению новых эффектов вповедениисетчатыхоболочек,которыеможноиспользоватьвконструировании, например, эффекта закручивания или эффекта изгибанияпри подаче внутреннего давления.
В виду этого разработка методов расчета7сетчатых оболочек с несимметричной укладкой нитей является актуальнойзадачей.Целью диссертационной работы является создание методов расчетасетчатых оболочек с несимметричной укладкой нитей и демонстрацияцелесообразности применения таких оболочек в технике. Для реализациипостановленной цели были решены следующие задачи:1. Расчет равновесной конфигурации сетчатой оболочки вращения снесимметричной укладкой нитей при осесимметричном нагружении.2.
Расчет больших перемещений сетчатых оболочек вращения снесимметричной укладкой нитей при осесимметричной нагрузке в случаерастяжимых и нерастяжимых нитей корда.3. Расчет больших перемещений сетчатых оболочек произвольнойформы с произвольным законом укладки нитей на основе минимизацииполного потенциала механической системы.Методы исследования. В работе использованы методы:- численное интегрирование систем нелинейных дифференциальныхуравнений (задача Коши и нелинейная краевая задача);- прямая минимизация полного потенциала механической системы,позволяющая избежать построения матрицы жесткости и других атрибутовМКЭ.Численные алгоритмы реализованы на алгоритмических языкахматематических пакетов MathWorks Matlab и Wolfram Mathematica сиспользованиемвстроенныхпроцедурчисленногоинтегрированиядифференциальных уравнений и минимизации функций многих переменных.Научная новизна.
В диссертационной работе исследованы сетчатыеоболочки с несимметричной укладкой нитей, многие методы исследованиякоторых предложены впервые. Найдены наборы равновесных конфигурации,выведены формулы для усилий в нитях в случае несимметричной укладкойнитей.Усовершенствованметодинтегрированиядифференциальныхуравнений сетчатых оболочек в случае несимметричной укладкой нитей.8Предложено новое направление о возможности применения сетчатыхоболочек с несимметричной укладкой нитей в устройствах управляемыхупругой деформации.
Рассмотрено применение сетчатых оболочек в качествеэластичного шнека для транспортного средства высокой проходимости.Степень достоверности полученныхрезультатов. Достоверностьрезультатов подтверждается сопоставлением результатов диссертации срезультатами из работ В.Л. Бидермана и Б.Л. Бухина в частном случаесимметричной укладки нитей. А также сравнением результатов расчетов,основанных на различных подходах (интегрировании дифференциальныхуравнений и минимизации функционала).Практическая значимость диссертационной работы заключается в:- разработке методики расчета и построения равновесных профилейсетчатых оболочек, полученных геодезической намоткой с различнымиуглами укладки нитей левого и правого семейств;- разработке методики расчета перемещений и мембранных усилий длябезмоментных сетчатых оболочек вращения с несимметрично уложенныминитями;- новых соотношениях, характеризующих «шинную геометрию» принесимметричной укладке нитей;- разработке методики расчета основанного на прямой минимизацииполного потенциала системы, выполняемого с использованием встроеннойфункции FindMinimum пакета Mathematica;-разработкеиисследованииприводовуправляемойупругойдеформации на основе сетчатых оболочек с несимметричной укладкой нитей;-исследованиинапряженно-деформированногосостояниярезинокордного движителя транспортного средства высокой проходимости;Работа нашла свое применение в учебном процессе кафедры основконструирования и деталей машин МГТУ им.
Н.Э. Баумана, в практикепроектированияООО «СЕГУЛА» и при разработке конструкции эласто-винтового движителя транспортного средства высокой проходимости9совместно с кафедрой многоцелевых гусеничных машин и мобильныхроботов МГТУ им. Н.Э. Баумана.Апробация работы.Основные положения и результаты работыдокладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:- на научных конференциях аспирантов кафедры прикладной механикиМГТУ им.
Н.Э. Баумана (Москва, 2010, 2011, 2012г.);- на V международной конференциисовременных машин» (Улан-Удэ, 2012 г.);«Проблемымеханики- на Московском ежемесячном семинаре молодых ученых и студентовпо проблемам машиноведения имени Ю.Н. Работнова ИМАШ РАН (Москва,2012 г.);- на научном семинаре кафедры прикладной механики МГТУ им. Н.Э.Баумана (Москва, 2014 г.).Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, втом числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.Структура диссертации и аннотация глав.Диссертация состоит из введения, пяти глав и четырех приложений.Общий объем составляет 146 страниц, 71 рисунок и 2 таблицы. Списокиспользуемой литературы содержит 159 наименований.В первой главе рассмотрены общие положения о состояние проблемысетчатых оболочек с несимметричной укладкой нитей; проведен обзорлитературных источников, посвященных изучению сетчатых оболочек вразличных аспектах.Ввторойглаве разработанаметодикарасчетаипостроенияравновесных профилей сетчатых оболочек с различными углами укладкинитей левого и правого семейств.
Методика сведена к численномуинтегрированиюсистемы2-хуравненийсначальнымиусловиями.10Приведены примеры построения равновесных профилей сетчатых оболочек снесимметричноуложенныминитямиприразличныхзначенияхгеометрических параметров, определяемых технологией изготовления.Во третьей главеразработана методика расчета перемещений имембранных усилий для безмоментных сетчатых оболочекнесимметричноуложенныминитями.Предложенывращения ссоотношения,характеризующие «шинную геометрию» при несимметричной укладке нитей.Нелинейная краевая задача для системы 4-х дифференциальных уравненийсетчатой оболочки решена методом пристрелки.
Приведены примерыпостроения равновесных профилей и определения мембранных усилий длярассмотренного класса сетчатых оболочек при различных сочетанияхвнешних нагрузок. Предложена методика расчета угла закручиванияоболочки. Выполнен контроль результатов на основе прямой минимизациифункционала.В четвертой главе разработана методика расчета больших перемещенийсетчатых оболочек произвольной конфигурации с произвольным закономукладки нитей.Показано что, равновесную конфигурацию, к которойстремится оболочка при подаче внутреннего давлении,можно находитьпрямой минимизацией полного потенциала системы. Предложен новый видприводов на основе сетчатых оболочек с неравновесной исходнойконфигурацией.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
