Modeling of elastoplastic behavior of flexible spatially reinforced plates under refined theory of bending


Cite item

Full Text

Abstract

On the basis of the time-steps algorithm the structural model is constructed for elastic-plastic deformation of bended plates with spatial reinforcement structures. The inelastic behavior of the composition phase materials is described by equations of the theory of plastic flow with isotropic hardening. The possible weakened resistance of the reinforced plates to the transverse shear is taken into account on the basis of the refined theory, from which the relations of the Reddy theory are obtained in the first approximation. The geometric nonlinearity of the problem is considered in the Karman approximation. The solution of the formulated initial boundary value problems is based on an explicit numerical “cross” scheme. The dynamic inelastic deformation of spatially- and flat-cross-reinforced metal-composite and fiberglass flexible plates of different relative thickness is investigated in the case of the load caused by an air blast wave. It is demonstrated that for relatively thick fiberglass plates, the replacement of the flat-cross reinforcement structure by the spatial structure with the preservation of the total fiber consumption leads to a decrease in the structural flexibility in the transverse direction by almost 1.5 times, as well as to a decrease of the maximum of intensity of deformation in the binder by half. For relatively thin both fiberglass and metal-composite plates, the replacement of flat-cross 2D reinforcement structure with 3D and 4D spatial structures does not lead to a noticeable decrease in their deflections, but allows to reduce the intensity of deformations in the binder by 10 % or more. It is shown that the widely used non-classical Reddy theory does not allow obtaining reliable results of calculations of the elastic-plastic dynamic behavior of the bended plates, both with plane and spatial reinforcement structures, even with a small relative thickness of the structures and weak anisotropy of the composition.

About the authors

Andrei Petrovich Yankovskii

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: shulgin@itam.nsc.ru, nemirov@itam.nsc.ru, yankee65@list.ru, lab4nemir@rambler.ru
Doctor of physico-mathematical sciences

References

  1. Qatu M. S., Sullivan R. W., Wang W., "Recent research advances on the dynamic analysis of composite shells: 2000–2009", Composite Structures, 93:1 (2010), 14-31
  2. Zhu F., Wang Z., Lu G., Nurick G., "Some theoretical considerations on dynamic response of sandwich structures under impulsive loading", Int. J. Impact Eng., 37:6 (2010), 625-637
  3. Kazanci Z., "Dynamic response of composite sandwich plates subjected to time-dependent pressure pulses", Int. J. Nonlin. Mech., 46:5 (2011), 807-817
  4. Gill S. K., Gupta M., Satsangi P., "Prediction of cutting forces in machining of unidirectional glass-fiber-reinforced plastic composites", Front. Mech. Eng., 8:2 (2013), 187-200
  5. Gibson R. F., Principles of composite material mechanics, Taylor & Francis Group, New York, 2015, 815 pp.
  6. Тарнопольский Ю. М., Жигун И. Г., Поляков В. А., Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник, Машиностроение, М., 1987, 224 с.
  7. Schuster J., Heider D., Sharp K., Glowania M., "Measuring and modeling the thermal conductivities of three-dimensionally woven fabric composites", Mech. Compos. Mater., 45:2 (2009), 241-254
  8. Mohamed M. H., Bogdanovich A. E., Dickinson L. C., Singletary J. N., Lienhart R. R., "A new generation of 3D woven fabric performs and composites", SAMPE J., 37:3 (2001), 3-17
  9. Тарнопольский Ю. М., Поляков В. А., Жигун И. Г., "Композиционные материалы, армированные системой прямых взаимно ортогональных волокон. 1. Расчет упругих характеристик", Механика полимеров, 1973, № 5, 853-860
  10. Жигун И. Г., Душин М. И., Поляков В. А., Якушин В. А., "Композиционные материалы, армированные системой прямых взаимно ортогональных волокон. 2. Экспериментальное изучение", Механика полимеров, 1973, № 6, 1011-1018
  11. Крегерс А. Ф., Тетерс Г. А., "Структурная модель деформирования анизотропных, пространственно армированных композитов", Механика композитных материалов, 1982, № 1, 14-22
  12. Янковский А. П., "Определение термоупругих характеристик пространственно армированных волокнистых сред при общей анизотропии материалов компонент композиции. 1. Структурная модель", Механика композитных материалов, 46:5 (2010), 663-678
  13. Соломонов Ю. С., Георгиевский В. П., Недбай А. Я., Андрюшин В. А., Прикладные задачи механики композитных цилиндрических оболочек, Физматлит, М., 2014, 408 с.
  14. Янковский А. П., "Применение явного по времени метода центральных разностей для численного моделирования динамического поведения упругопластических гибких армированных пластин", Вычислительная механика сплошных сред, 9:3 (2016), 279-297
  15. Reissner E., "The effect of transverse shear deformations on the bending of elastic plates", J. Appl. Mech., 12:2 (1945), 69-77
  16. Vasiliev V. V., Morozov E., Advanced Mechanics of Composite Materials and Structural Elements, Elsevier, Amsterdam, 2013, xii+412 pp.
  17. Абросимов Н. А., Баженов В. Г., Нелинейные задачи динамики композитных конструкций, Изд-во ННГУ, Н. Новгород, 2002, 400 с.
  18. Богданович А. Е., Нелинейные задачи динамики цилиндрических композитных оболочек, Зинатне, Рига, 1987, 295 с.
  19. Амбарцумян С. А., Теория анизотропных пластин. Прочность, устойчивость и колебания, Наука, М., 1987, 360 с.
  20. Reddy J. N., Mechanics of laminated composite plates. Theory and analysis, CRC Press, Boca Raton, FL, 2004, xxiii+831 pp.
  21. Малмейстер А. К., Тамуж В. П., Тетерс Г. А., Сопротивление жестких полимерных материалов, Зинатне, Рига, 1972, 500 с.
  22. Belkaid K., Tati A., Boumaraf R., "A simple finite element with five degrees of freedom based on Reddy's third-order shear deformation theory", Mech. Compos. Mater., 52:2 (2016), 367-384
  23. Янковский А. П., "Построение уточненной модели упругопластического поведения гибких армированных пластин при динамическом нагружении", Механика композитных материалов и конструкций, 23:2 (2017), 283-304
  24. Whitney J., Sun C., "A higher order theory for extensional motion of laminated composites", J. Sound Vibration, 30:1 (1973), 85-97
  25. Зубчанинов В. Г., Механика процессов пластических сред, Физматлит, М., 2010, 352 с.
  26. Иванов Г. В., Волчков Ю. М., Богульский И. О., Анисимов С. А., Кургузов В. Д., Численное решение динамических задач упругопластического деформирования твердых тел, Сиб. унив. изд-во, Новосибирск, 2002, 352 с.
  27. Векуа И. Н., Некоторые общие методы построения различных вариантов теории оболочек, Наука, М., 1982, 268 с.
  28. Houlston R., DesRochers C. G., "Nonlinear structural response of ship panels subjected to air blast loading", Computers & Structures, 26:1-2 (1987), 1-15
  29. Композиционные материалы: Справочник, ред. Д. М. Карпинос, Наукова думка, Киев, 1985, 592 с.
  30. Handbook of Composites, ed. G. Lubin, Springer, New York, 1982, xi+786 pp.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2019 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».