1371

К. Рейфснайдера рассматриваются процесс возникновения и развития повреждений при длительном циклическом нагружении, способы предсказания срока эксплуатации. Несомненный интерес представляет статья М. Хайера о формоизменении пластин с несимметричной по толщине укладкой слоев. В ней предложена методика расчета, обосновывающая возможность изготовления панелей заданной кривизны и формы путем охлаждения ниже температуры отверждения первоначально плоского пакета слоев. Из тома 4 в сборник включен, по-види­ мому первый, обзор Л. Макаллистера и У Лакмана по много­ направленным углерод-углеродным композитам, а из тома 3 — исследование Г Си динамического поведения слоистых ком­ позитов с трещинами. Статья К. Гераковича о кромочном эф­ фекте содержит изложение физических основ возникновения и развития межслойных напряжений, методы расчета этих напря­ жений в пластинах с разной укладкой и способы подавления межслойных напряжений путем обоснованного выбора после­ довательности укладки слов по толщине. Каждая статья по­ священа конкретной задаче. Все вместе они освещают различ­ ные проблемы, возникающие при применении композитов, в основном углепластиков с переменной структурой, в изделиях новой техники.

Предлагаемый сборник удачно дополняет серию книг по механике новых материалов, начатую издательством «Мир» еще в 1966 г. сборником «Механические свойства новых ма­ териалов» и частично продолженную при переводе семитом­ ной энциклопедии «Разрушение» (том VII «Разрушение не­ металлов и композитных материалов», ч. I и II, 1976) и от­ дельных томов восьмитомника «Композиционные материалы» (1978). Эти книги, а также недавние издания этого цикла — сборник «Неупругие свойства композиционных материалов», ред. К. Геракович (1979) и книга Р. Кристенсена «Введение в механику композитов» (1982) — имели большой успех у чи­ тателей, о чем говорят многочисленные ссылки на них в пе­ риодической литературе.

Важно подчеркнуть, что содержание статей сборника рас­ ширяет возможности использования фундаментальных иссле­ дований в практике расчета, конструирования и изготовления элементов и конструкций из новых типов композитных ма­ териалов. Можно полагать, что ознакомление инженеров и исследователей с публикуемыми результатами работ по меха­ нике композитов позволит выбрать более перспективные на­ правления исследований и будет способствовать более осмыс­ ленному применению композитов в различных отраслях тех­ ники. Приведенные материалы еще раз убеждают в том, что, хотя расчет и анализ конструкций из композитов значительно

сложнее, чем из металлов, уже имеются понимание и анали­ тические методы для правильного конструирования эффек­ тивных инженерных конструкций из композитов.

К сожалению, за рамками сборника остались многочис­ ленные статьи советских и зарубежных авторов, позволяю­ щие проследить важнейшие тенденции развития практически всех направлений механики композитов за последнее деся­ тилетие и, несомненно, интересные для читателя. В связи с этим для сборника был специально подготовлен краткий об­ зор работ ведущих советских специалистов, в достаточной степени отражающий современное состояние этой важней­ шей области механики в СССР; в обзор включено также аннотированное оглавление всех четырех томов «Handbook of Composites» в оригинале, чтобы заинтересованные читатели получили минимальную исходную информацию об этом изда­ нии и вкладе в него советских авторов.

Сборник будет полезен специалистам разной квалифика­ ции, занимающимся расчетом и проектированием конструк­ ций из композитов, а также студентам и аспирантам вузов. Кроме того, это издание, будучи основанным на междуна­ родном четырехтомнике, явится большим вкладом в дело развития контактов между учеными разных стран.

Мне хотелось бы процитировать последние строки предис­ ловия ко второму тому «...редакторы горячо желают, чтобы публикация данного тома являлась хотя бы небольшим ша­ гом вперед в деле развития более тесных и более откровенных отношений между Востоком и Западом...» и выразить искрен­ нюю признательность проф. К. Гераковичу из университета шт. Виргиния, который вложил много сил и умения в совмест­ ный проект. Редактор и переводчики благодарны техниче­ скому редактору издательства «Ельзевир» Л. Пирсу, без по­ мощи которого было бы трудно выпустить русское издание практически одновременно с английским.

УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ, РАБОТАЮЩИХ НА СЖАТИЕ 1>

К. Кедвард, Е. Спайер, Р. Арнольд

Оглавление

Список обозначений.

1.0.Ввёдение.

1.1.Элементы конструкций, работающие на сжатие. '1.2. Классическая теория устойчивости.

1.3.Экспериментальные результаты. 1.3.1. Пластины. 1.3.1.1. Пластины без свободных кромок. 1.3.1.2 Пластины с одной свободной кром­

стенки профиля

Fc" критическое напряжение при потере устойчивости ко­ роткого или эйлерова стержня

Р*£, Fl£ прочность слоя при растяжении в продольном или поперечном направлениях

Fc£, F$u прочность слоя при сжатии в продольном или по­

Ммомент на кромке

Ры критическая нагрузка ортотропной упругой пластины

при потере устойчивости по Эйлеру Рсг экспериментально определенная критическая нагруз­

ка начальной потери устойчивости Р1С нагрузка закритического локального разрушения

РСЧ нагрузка закритического локального разрушения стенки профиля

Pf максимальная нагрузка при усталостном нагруже­ нии в отличие от минимальной, обозначенной min

Rотношение минимальной нагрузки к максимальной при усталостном нагружении

t толщина пластины tf толщина полки

tw толщина стенки

tc толщина свода швеллерного профиля с полками

wкомпонента перемещений пластины в перпендикуляр­ ном направлении (из плоскости)

объемное содержание волокон, %

е^“, е£“ предельная деформация при растяжении и сжатии в продольном направлении

vLT основной коэффициент Пуассона слоя р минимальный радиус вращения

1.0. Введение

Широкое применение современных композитных материа­ лов в конструкциях изделий, исчерпание несущей способности которых происходит путем потери устойчивости, в значитель­ ной мере зависит от способности этих анизотропных гетеро­ генных материалов выдерживать нагрузки выше критиче­ ских. Не вызывает сомнения, что возможность применения композитов в диапазоне нагрузок вплоть до критической оп­ ределяется высоким значением их удельной жесткости. Од­ нако, поскольку принципы проектирования конструкций из сплавов для работы в закритической области сформулиро­ ваны уже несколько десятилетий назад, можно ожидать, что композиты составят конкуренцию традиционным сплавам и окажутся пригодными для изготовления закритических кон­ струкций. В данной работе и в следующей обратимся к прак­ тически важному вопросу из этой области, касающемуся про­ ектирования элементов конструкций, работающих на сжатие: стержней открытого профиля и подкрепленных панелей.

Рассматриваемый материал затрагивает целый ряд аспек­ тов явления устойчивости, поэтому целесообразно начать с самых общих определений:

1. Начальная потеря устойчивости— начало процесса не­ устойчивого деформирования, предсказываемое классической теорией, другими уточненными теориями, численными мето­ дами или экспериментально.

В обеих работах дается сопоставление расчетных и экспе­ риментальных значений критической нагрузки начальной по­ тери устойчивости. Общепринятая концепция проектирования композитных конструкций, как правило, не допускает их ра­ боты в закритической области. Причем в некоторых случаях начальная потеря устойчивости недопустима вплоть до исчер­ пания прочности материала конструкции.

2. Закритическое поведение. Широко признана способ­ ность стержня открытого профиля, работающего на сжатие, или подкрепленной панели выдерживать нагрузку, намного превышающую критическую нагрузку начальной потери устойчивости.

В обеих работах рассматривается закритическая область нагрузок, которая заключена между критической нагрузкой начальной потери устойчивости и некоторой более высокой нагрузкой, соответствующей исчерпанию несущей способно­ сти в результате расслоения свободных кромок подкрепляю­ щих элементов или нарушения связи между элементами и панелью. При достижении в закритической области макси­

композитов. В следующей работе представлены эксперимен­ тальные данные и результаты теоретического анализа, касаю­ щиеся потери устойчивости, закритического поведения и ха­ рактеристик разрушения. Там, где это возможно, явления, для анализа которых необходим сложный математический аппарат, рассматриваются при помощи упрощенных моделей и построения обобщенных графиков в безразмерных коорди­ натах. Одновременно даются ссылки на основные работы в обсуждаемой области, где затрагиваются вопросы влия­ ния трансверсального сдвига, ужесточения кромок, кривизны, анизотропии, нарушения склейки панелей с подкрепляющими элементами, чувствительности к начальным несовершенствам, граничных условий и комбинированного нагружения.^

1.1.Элементы конструкций, работающие на сжатие

Внастоящее время специалисты в области военной тех­ ники весьма заинтересованы в проектах летательных аппара­

тов, где используется закритическая прочность конструкций, в частности фюзеляжа, из современных композитов. Такой подход обладает большими резервами в части снижения массы изделия [8]. Наибольшее снижение массы будет до­ стигаться в композитных панелях, воспринимающих нагрузку частично за счет диагонально растянутого поля. Дополни­ тельное снижение обеспечат подкрепляющие элементы. В дан­ ной работе рассматриваются подкрепляющие элементы и па­ нель с подкреплением, нагруженные только сжатием. Пове­

работе.

Приведенные результаты испытаний на сжатие получены в работе [17] и относятся к конструкциям, типичным для авиационной техники. Эти результаты использованы для оценки предложенной методологии прогнозирования крити­ ческой нагрузки начальной потери устойчивости, закритиче­ ского поведения и процесса закритического локального раз­ рушения. Представленные соображения также распростра­ нены на прогнозирование поведения коротких тонкостенных графитоэпоксидных пластин, типичных подкрепляющих про­ филей и подкрепленных пластин после 105 циклов нагруже­ ния в закритической области. Кроме того, обсуждается влия­ ние усталостного нагружения в закритической области на критическую нагрузку начальной потери устойчивости и закритическую прочность при статическом нагружении. Кроме уже упомянутой работы [17] используются данные статиче­ ских испытаний, приведенные в [14, 15].