Разработка физико-механических моделей и методов расчета элементов конструкций из различных структурно-неоднородных материалов на основе применения метода конечных элементов
Диссертация
Исследованы НДС различных моделей структурно-неоднородного тела (бетона) с учетом структурных и геометрических (трещин и пор различной формы) факторов концентрации напряжений при различных видах напряженного состояния. Построены эпюры нормальных напряжений и определены коэффициенты концентрации напряжений с учетом анизотропии упругих свойств, микроструктурных и геометрических факторов. Выполнено… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА II. ЕРВАЯ. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОСРЕДНЕНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНО -НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
- 1. 1. Формирование матрицы упругих свойств кубических, гексагональных и тригональных кристаллов
- 1. 2. Расчет упругих свойств однофазных и двухфазных поликристаллических материалов
- 1. 3. Разработка метода расчета упругих свойств композита, состоящего из изотропной матрицы и анизотропных включений
- 1. 4. Разработка метода расчета упругих свойств различных структурно — неоднородных материалов на основе построения векториальных моделей
- 1. 5. Выводы по первой главе
- ГЛАВА ВТОРАЯ. ПОСТРОЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО
- — ДЕФОРМИРОВАННЫХ СОСТОЯНИЙ СТРУКТУРНО -НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
- 2. 1. Обоснование физико-механической модели, построенной на основе рассмотрения на микро-, мезо- и макроуровнях
- 2. 2. Масштабный эффект упругих свойств кубических, гексагональных и тригональных поликристаллов и композитов, состоящих из изотропной матрицы и анизотропных включений
- 2. 3. Разработка блок-схемы и алгоритма формирования расчетной модели элементов конструкций из структурно — неоднородных материалов на основе применения метода конечных элементов
- 2. 4. Выводы по второй главе
- ГЛАВА ТРЕТЬЯ. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННЫХ СОСТОЯНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ф
- КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ КОНЕЧНО — ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ БЕТОНА
- 3. 1. Расчет НДС в зависимости от процентного содержания заполнителя
- 3. 2. Роль особенностей распределения заполнителя в исследованиях НДС (упорядоченное, неупорядоченное)
- 3. 3. НДС для различных схем нагружений
- 3. 4. Влияние формы зерен заполнителей на НДС в бетоне
- 3. 5. Выводы по третьей главе
- ГЛАВА. ЧЕТВЕРТАЯ. НЕОДНОРОДНОСТЬ НДС В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ, РАЗМЕРОВ ЗАПОЛНИТЕЛЯ И НАЛИЧИЯ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ БЕТОНА
- 4. 1. Влияние наличия пор и трещин на НДС в бетоне
- 4. 2. НДС в зависимости от разброса размеров включения
- 4. 3. НДС в зависимости от соотношения физико-механических свойств матрицы и заполнителя
- 4. 4. Сравнительные исследования неоднородности напряженно деформированных состояний в поликристаллах
- 4. 5. Выводы по четвертой главе
Список литературы
- Автоматизированный метод исследования деформированного состояния с помощью делительных сеток / Л. В. Кукса и др. // Заводская лаб. — 1979. -Т. Л5. -N 7. — С. 653−655.
- Александров, А. В. Сопротивление материалов / А. В. Александров, В. Д. Потапов, Б. П. Державин. -М.: Высш. шк., 1995. 560 с.
- Александров, А. Я. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела / А. Я. Александров, М. X. Ахметзянов. М.: Наука, 1973. -576 с.
- Ахвердов, И. Н. Основы физики бетона / И. Н. Ахвердов. М.: Стройиздат, 1981.-464 с.
- Ахвердов, И. Н. Моделирование напряженного состояния бетона и железобетона / И. Н. Ахвердов, А. Е. Смольский, В. В. Скочеляс. Минск: Наука и техника, 1973.-231 с.
- Ашкенази, Е. К. Анизотропия конструкционных материалов / Е. К. Ашкена-зи, Э. В. Ганов. Л.: Машиностроение, 1980. — 247 с.
- Бабич, Ю. Н. Методы и алгоритмы автоматического формирования сетки треугольных элементов / Ю. Н. Бабич, А. С. Цыбенко. Киев: Изд. ин-та проблем прочности АН УССР, 1978. — 96 с.
- Структурообразование и разрушение цементных бетонов / В. В. Бабков и др. Уфа: ГУП «Уфимский полиграф-комбинат», 2002. — 376 с.
- Баженов, Ю. М. Технология бетона / Ю. М. Баженов. М.: АСБ, 2002. — 500 с.
- Баженов, Ю. М. Компьютерное моделирование строительных композитов с трещинами и порами / Ю. М. Баженов, В. А. Воробьев, А. В. Илюхин // Изв. вузов. Строительство. 2001. — N 11.- С. 37−43.
- Байков, В. Н. Железобетонные конструкции: общий курс / В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов. -М.: Стройиздат, 1991.- 767 с.
- Бате, К. Численные методы анализа и метод конечных элементов / К. Бате, Е. Вилсон. М.: Стройиздат, 1982. — 448 с.
- Бахвалов, Н. С. Численные методы / Н. С. Бахвалов. М.: Наука, 1975.- 631 с.
- Безухов, Н. И. Приложение методов теории упругости и пластичности к решению инженерных задач / Н. И. Безухов, О. В. Лужин. М.: Высш. шк., 1974.-200 с.
- Болотин, В. В. Строительная механика. Современное состояние и перспективы развития / В. В. Болотин, И. И. Гольденблат, А. Ф. Смирнов. М.: Стройиздат, 1972. — 191 с.
- Болотин, В. В. Задача об определении упругих постоянных микронеоднородной среды / В. В. Болотин, В. Н. Москаленко // Журн. прикл. механики и техн. физики. 1968.- N 1. — С. 66−72
- Болотин, В. В. Механика многослойных конструкций / В. В. Болотин, Ю. Н. Новичков. М.: Машиностроение, 1980. — 375 с.
- Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев.- М.: Наука, 1980. 973 с.
- Бурман, 3. И. Программное обеспечение матричных алгоритмов и метода конечных элементов в инженерных расчетах / 3. И. Бураман, Г. А. Артюхин, Б. Я. Зархин. М.: Машиностроение, 1988. — 256 с.
- Вентцель, Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Вентцель. М.: Наука, 1969. -576 с.
- Физико-химические основы строительного материаловедения / В. Н. Верни-горова и др. М.: Изд. Ассоциации строит, вузов, 2003. — 135 с.
- Гвоздев, А. А. Прочность, структурные изменения и деформации бетона / А. А. Гвоздев. М.: Стройиздат, 1978. — 299 с.
- Гилева, JI. В. Каскадный многосеточный алгоритм в методе конечных элементов для плоской задачи теории упругости / JI. В. Гилева, В. В. Шайдуров — ВЦСО РАН. Красноярск, 1996.- 15 с. — Деп. в ВИНИТИ 25.12.96, N 3776-В96.
- Гладков, Д. И. Физико-химические основы прочности бетона / Д. И. Гладков. -М., 1998.--136 с.
- Гладков, Д. И. Сопротивление бетона разрушению / Д. И. Гладков // Изв. вузов. Строительство. 2004. — N 8. — С. 47−53.
- Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Е. Гмурман. М.: Высш. шк., 1977.-479 с.
- Гольденблатт, И. И. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов / И. И. Гольденблатт, В. А. Копнов. М.: Машиностроение, 1968.-191 с.
- Гуляев, А. П. Металловедение / А. П. Гуляев. М.: Металлургия, 1978. — 647 с.
- Дель, Г. Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости / Г. Д. Дель. М.: Машиностроение, 1971. — 199 с.
- Деклу, Ж. Метод конечных элементов / Ж. Деклу. М.: Мир, 1976. — 96 с.
- Дьяконов, В. П. MathCAD 8 PRO в математике, физике и Internet / В. П. Дьяконов, И. В. Абраменкова. М.: Нолидж, 2000. — 204 с.
- Зайцев, Ю. В. Механика разрушения для строителей / Ю. В. Зайцев. М.: Высш. шк., 1991.-288 с.
- Зайцев, Ю. В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушений / Ю. В. Зайцев. М.: Стройиздат, 1982. — 196 с.
- Зорин, С. А. Оценка прочности композитных пластин с повреждениями типа трещин около подкрепленных отверстий / С. А. Зорин, В. Н. Максименко // Вопр. авиац. науки и техники. Сер. Аэродинам, и прочн. летат. аппаратов. -1995.-N 1.-С. 115−127.
- Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. М.: Мир, 1975.-541 с.
- Зубчанинов, В. Г. Основы теории упругости и пластичности / В. Г. Зубчани-нов. М.: Высш. шк., 1990. — 368 с.
- Ильюшин, А. А. Сопротивление материалов /А. А. Ильюшин, В. С. Ленский. -М.: Физматгиз, 1959.-371 с.
- Ильюшин, А. А. Механика сплошной среды / А. А. Ильюшин. М.: Изд. Моск. ун-та, 1978.- 288 с.
- Ильюшин, А. А. Основные направления развития проблемы прочности и пластичности / А. А. Ильюшин // Прочность и пластичность. М.: Наука, 1971. -С. 5−18.
- Ильюшин, А. А. Некоторые проблемы неоднородной теории упругости / А. А. Ильюшин // Проблемы теории пластичности. Механика. Новое в зарубежной науке. М.: Мир, 1976. — N 7. — С. 219.
- О регулировании модуля упругости и ползучести высокопрочных бетонов с модификатором МБ-50С / С. С. Каприелов и др. // Бетон и железобетон. -2003.-N 6.-С. 8−12.
- Касумов, А. К. Об учете в методе конечных элементов нежесткого соединения элементов / А. К. Касумов // Спектр, теория операторов и ее прил. -1997. -N 6.-С. 223−226.
- Качанов, JI. М. Основы механики разрушения / JI. М. Качанов. М.: Наука, 1974.-312 с.
- Келли, А. Кристаллография и дефекты в кристаллах / А. Келли, Г. Гровс. М.: Мир, 1974.-496 с.
- Колчин, Г. Б. Расчет элементов конструкций из упругих неоднородных материалов / Г. Б. Колчин. Кишинев: Картя Молдовеняска, 1971. — 172 с.
- Костюк, А. Г. Статистическая теория пластичности поликристаллического материала / А. Г. Костюк // Инж. журн. Механика твердого тела. 1968. -N 6. -С. 60−69.
- Кукса, JI. В. Упругий расчет статистической модели поликристалла с применением метода конечных элементов: тезисы докладов /Л. В. Кукса — АН СССР — АН Арм. ССР // Всесоюзн. конф. по теории упругости (Ереван, нояб. 1979 г.). Ереван, 1979. — С. 261−262.
- Кукса, JI. В. О минимальных размерах элементарной ячейки поликристалла, имеющей осредненные свойства макрообъема / JI. В. Кукса // Проблемы прочности. 1987.-N9.-С. 58−61.
- Кукса, JI. В. Общие закономерности и особенности микронеоднородной деформации в поликристаллах при различных видах напряженного состояния и температурах испытания / JI. В. Кукса // Проблемы прочности. 1990. — N 8. -С. 58−64.
- Кукса, JI. В. Микродеформации и механические свойства у поликристаллических сплавов при статических, динамических и высокотемпературных испытаниях / JL В. Кукса // Физика металлов и металловедение. 1997. — Т. 84, вып. 1.-С. 96−105.
- Кукса, JI. В. Механика структурно-неоднородных материалов на микро- и макроуровнях: науч. моногр. / JI. В. Кукса — ВолгГАСА. Волгоград, 2002. -160 с.
- Кукса, JT. В. Метод оценки масштабного эффекта упругих свойств однофазных и двухфазных поликристаллических материалов на микро-, мезо- и макроуровнях / JT. В. Кукса, JT. М. Арзамаскова // Заводская лаб. 1999. — N 5. -С. 29−35.
- Кукса, JI. В. Физико-механические свойства на микро- и макроуровнях однофазных и двухфазных поликристаллических материалов / JI. В. Кукса, JI. М. Арзамаскова // Физика металлов и металловедение. 2000. — Т. 90, N 1. — С. 84−90.
- Кукса, JT. В. Метод оценки концентрации напряжений и деформаций на основе разработки физико- механических моделей структурно-неоднородных тел / JI. В. Кукса, Е. Е. Евдокимов // Заводская лаб. -2001. Т. 67, N 1. — С. 30−34.
- Кукса, JI. В. О законах распределения микродеформаций в двухфазных поликристаллических сплавах при простом и сложном нагружениях / Л. В. Кукса,
- A. А. Лебедев, Б. И. Ковальчук // Проблемы прочности. 1986. — N 1. — С. 711.
- Кукса, Л. В. Применение метода конечных элементов к исследованию микронеоднородности упругих напряжений и деформаций в поликристаллах / Л.
- B. Кукса, В. И. Эльманович // Проблемы прочности. 1979. -N 7. — С. 70−75.
- Кхана (J. Khanna). Сравнение и оценка матриц жесткости / Кхана (J. Khanna), Гули (R. F. Hooley) // Ракетная техника и космонавтика. 1966. — N 2. — С. 3139.
- Лехницкий, С. Г. Анизотропные пластинки / С. Г. Лехницкий. М. — Л.: Гостехиздат, 1947. 355 с.
- Лехницкий, С. Г. Теория упругости анизотропного тела / С. Г. Лехницкий. -М.: Наука, 1977.-415 с.
- Ломакин, В. А. Статистические задачи механики твердых деформируемых тел / В. А. Ломакин. М.: Наука, 1970. — 140 с.
- Ломакин, В. А. Проблемы механики структурно-неоднородных твердых тел / В. А. Ломакин // Изв. АН ССР. Механика твердого тела. 1978. — N 6. — С. 45−52.
- Ломакин, В. А. Влияние микронеоднородности структуры материалов на их механические свойства / В. А. Ломакин // Проблемы надежности в строит, механике. Вильнюс, 1968. — С. 107−112.
- Ломакин, В. А. Масштабный эффект упругих свойств поликристаллических материалов / В. А. Ломакин, Л. В. Кукса, Ю. Н. Бахтин // Прикладная механика. 1982.-Т. 18, N9.-С. 10−15.
- Мавлютов, Р. Р. Концентрация напряжений в элементах авиационных конструкций /P.P. Мавлютов. М.: Наука, 1981. — 142 с.
- Макаров, П. В. Инженерные расчеты в MathCAD / П. В. Макаров. СПб.: Наука, 2004.-512 с.
- Макридин, Н. И. Структура и параметры трещиностойкости цементных композитов / Н. И. Макридин. Пенза: ПГАСА, 2000. — 142 с.
- Метод конечного элемента в механике деформируемых тел / Д. В. Вайнберг и др. // Прикладная механика. 1972. — Т. 8, N 8. — С. 3−28.
- Метод конечных элементов в механике твердых тел / А. С. Сахаров и др.. -Киев: Вища школа — Лейпциг: ФЕБ Фахбухферпаг, 1982.-479 с.
- Метод суперэлементов в расчетах прочности судовых конструкций / В. А. Постнов и др. // Судостроение. 1975. -N 11. — С. 6−9.
- Мороз, Л. С. Механика и физика деформаций и разрушения материалов / Л. С. Мороз. Л.: Машиностроение, 1984. — 224 с.
- Морозов, Е. М. Метод конечных элементов в механике разрушения / Е. М. Морозов, Г. П. Никишков. М.: Наука, 1980. — 254 с.
- Морозов, Н. Ф. Избранные двумерные задачи теории упругости / Н. Ф. Морозов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. — 182 с.
- Най, Дж. Физические свойства кристаллов / Дж. Най. М.: Мир, 1967. — 385 с.
- Невилль, А. М. Свойства бетона / А. М. Невилль. М.: Изд-во лит. по стр-ву, 1972.-344 с.
- Николаев, А. П. Применение произвольного четырехугольногоконечного элемента с матрицей 48×48 для расчета оболочек вращения / А. П. Николаев, Н. Г. Бандурин, И. К. Торунов // Строительство и архитектура. 1980. — N 5. — С. 44−48.
- Николаев, А. П. Особенности формирования матрицы жесткости треугольного конечного элемента размером 54×54 / А. П. Николаев, Ю. В. Клочков, А. П. Киселев // Строительство. 1998. -N 2. — С. 32−37.
- Новожилов В. В. О сложном нагружении и перспективах феноменологического подхода к исследованию микронапряжений / В. В. Новожилов // Прикладная математика и механика. 1964. — Т. 28, вып. 3. — С. 393−400.
- Новожилов В. В. О связи между напряжениями и упругими деформациями в поликристаллах / В. В. Новожилов // Проблемы гидродинамики и механики сплошной среды: к шестидесятилетию акад. Д. И. Седова. М.: Наука, 1969. -С. 365−376.
- Новожилов, В. В. Микронапряжения в конструкционных материалах / В. В. Новожилов, Ю. И. Кадашевич. JI.: Машиностроение, 1990. — 223 с.
- Писаренко, Г. С. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии / Г. С. Писаренко, А. А. Лебедев. Киев: Наукова думка, 1976. — 16 с.
- Постнов, В. А. Численные методы расчета судовых конструкций / В. А. По-стнов. Л.: Судостроение, 1977. — 280 с.
- Постнов, В. А. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций / В. А. Постнов, И. Я. Хархурим. Л.: Судпромгиз, 1974. — 342 с.
- Прочность, устойчивость, колебания / под ред. И. А. Биргера. М.: Машиностроение, 1968. — Т. 2. — 463 с.
- Рычков, С. П. Моделирование конструкций в среде MSC.visualNASTRAN for Windows / С. П. Рычков. М.: NT Press, 2004. — 546 с.
- Савин, Г. Н. Распределение напряжений около отверстий / Г. Н. Савин. Киев: Наукова думка, 1968. — 887 с.
- Сегерлинд, Л. Применение метода конечных элементов в технике / Л. Сегер-линд. М.: Мир, 1975. — 541 с.
- Седракян, Л. Г. Элементы статистической теории деформирования и разрушения хрупких материалов / Л. Г. Седракян. Ереван: Айастан, 1968. — 247
- Сопротивление материалов / под ред. А. Ф. Смирнова. М.: Высш. шк., 1975.-480 с.
- Стренг, Г. Теория метода конечных элементов / Г. Стренг, Дж. Фикс. М.: Мир, 1997.-350 с.
- Терегулов, И. Г. Сопротивление материалов и основы теории упругости / И. Г. Терегулов. М.: Высш. шк., 1984. — 472 с.
- Терегулов, И. Г. Нелинейные задачи теории оболочек и определяющие соотношения: избр. тр. / И. Г. Терегулов. -Казань: «Фэн», 2000. 336 с.
- Тимошенко, С. П. Теория упругости / С. П. Тимошенко, Дж. Гудьер. М.: Наука, 1975.-575 с.
- Филин, А. П. Прикладная механика твердого деформируемого тела / А. П. Филин.-М.: Наука, 1975.-Т. 1.-832 с.
- Филин, А. П. Современные проблемы использования ЭЦВМ в механике твердого деформируемого тела / А. П. Филин. JI.: Стройиздат, 1974. — 411 с.
- Фридман, Я. Б. Механические свойства металлов / Я. Б. Фридман. М.: Машиностроение, 1974. — Т. 1. — 367 с.
- Фридман, Я. Б. Механические свойства металлов / Я. Б. Фридман. М.: Машиностроение, 1974. — Т. 2. — 367 с.
- Хантингтон, Г. Упругие постоянные кристаллов / Г. Хантингтон. Успехи физ. наук. — 1961. — Т. 74, вып. 2. — С. 302.
- О взаимосвязи внутренних напряжений с параметрами структуры композиционного материала / В. JI. Хвастунов и др. // Изв. вузов. Строительство, 2003.-N 12.-С. 20−25.
- Ш. Хилл, Р. Упругие свойства составных сред: некоторые теоретические принципы / Р. Хилл // Механика: периодич. сб. переводов иностр. ст. М. :Мир, 1964.-N 5.-С. 127−143.
- Шермергор, Т. Д. Теория упругости микронеоднородных сред / Т. Д. Шер-мергор. М.: Наука, 1977. — 399 с.
- Шимкович, Д. Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows / Д. Г. Шимкович. М.: ДМК, 2001. — 447 с.
- Шмид, Е. Пластичность кристаллов, в особенности металлических / Е. Шмид, В. Боас. М.: ГОНТИ, 1938.-318 с.
- Шоркин, В. С. Напряженно-деформированное состояние в окрестности концентратора напряжений / В. С. Шоркин // Прикл. пробл. прочн. и пластич. -1996.-N54,-С. 222−228.
- Эдельман (Adelman, В. М.) Точность вычисления напряжений методом конечных элементов / Эдельман (В. М. Adelman), Казеринес (D. S. Catherines), Уолтон (W. С. Walton) // Ракетная техника и космонавтика. 1970. — N 3. — С. 102−103.
- Bunge, Н. J. Orientirungsstereologie ein neuer Zweig der Texturforschung / H. J. Bunge, R. Schwarzer // Contact. Zeitschrift des Vereins von Freunden der Tech-nichen Universitat Clausthal. — 1998. — N 2. — S. 67−73.
- Calculation of Effective Elastic Constants for Polycrystalline Materials / H. J. Bunge et. al. // Materials Science Forum Vols. 273−275. Trans Tech Publications, Switzerland. 1998. — P. 617−624.
- Kuksa L. W. Der Ma stabeffekt der mechanischen Eigenschaften auf der Mikro-, Makroebne einphasiger und zweiphasiger polykristalliner Werkstoffe / L. W. Kuksa, L. M. Arzamaskova // Technische Mechanik. 2001. — Band 21, Heft 1. -S. 21−30.
- Takeji, Abe. Elastic deformation of metal / Takeji Abe // Bulletin of ISME. -1972.-v. 15, N86.-P. 917−927.
- Takeji, Abe. Elastic deformation ofinhomogeneous materials including polycrys-tals under multiaxial stressl. Constraint ratio under multiaxial stress / Takeji Abe // Bull. ISME. 1979. — 22, N 166. — P. 461−468.
- Voight W. Lehrbuch der Kristallphysik / W. Voight. Berlin: Teubner, 1928. -962