Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Статистическое моделирование тонкостенных конструкций в системе MAXIMA. Монография
.pdf
/*Структурные параметры */
ET0:1; ET90:1 -ET0;
/* Матожидание и среднее кв. откл.*/
/* Несущий слой */
E1:140E9; S:7E9;
E2:7E9; S2:0.35E9;
G12:2.75E9; SG:0.14E9;
v12:0.24; v21:v12*E2/E1;
/*Заполнитель*/
GXZ:0.15E9; SGXZ:0.0075E9;
/* Моделирование СВ */
N:1000;
list:[]$
for i:1 thru N do
block(
CVE1: random_normal(E1,S),
CVE2:random_normal(E2,S2),
CVG12:random_normal(G12,SG),
CVGXZ:random_normal(GXZ,SGXZ),
/* Матрица жесткости монослоя */
B11:CVE1/(1−v12·v21),
B22:CVE2/(1−v12·v21),
B12:v12·CVE2/(1−v12·v21),
B33:CVG12,
/*Жесткость несущего слоя*/
AXX:B11*ET0+B22*ET90,
AYY:B22*ET0+B11*ET90,
AXY:B12,
/* Мембранная жесткость несущего слоя*/
CXX:AXX*h, CYY: AYY*h,CXY:AXY*h,
111
PYY:CXX/(CXX*CYY−CXY^2),
b:HZ+h/2,
KR:sqrt(CXX/PYY)/(GXZ*R),
KXZ:KR* HZ/b,
qcrp: 2*CVGXZ*b^2/HZ,
if KXZ<1 then qcrt:qcrp*KXZ*(2-KXZ) else qcrt:qcrp,
qcr:qcrt, numer,
KZ:qcr/q,
list:endcons(KZ,list)
);
/* Запись в файл */
write_data(list,"listTRSHELL")
Результаты моделирования записываются в файл listTRSHELL.
Программа обработки статистических данных:
/* Трехслойная оболочка. Обработка*/
load(descriptive);
load(distrib);
fpprintprec:4;
ratprint: false$
/* Чтение из файла */
list:read_list("listTRSHELL")$
/* Средн. арифм, среднекв. отклонение, коэф. вар*/
AVR:mean(list), numer;
STD:std(list);
KVAR: STD/AVR*100;
Результаты обработки данных моделирования коэффициента
устойчивости трёхслойной цилиндрической оболочки:
выборочное среднее – 1,011;
среднее квадратичное отклонение – 0,049;
коэффициент вариации – 4,9%.
112
Таким образом, коэффициент вариации менее 5 процентов, т.е. разброс
упругих характеристик материала несущих слоев и заполнителя не оказывает
существенного влияния на величину коэффициента устойчивости трехслойной
оболочки.
Для проверки закона распределения коэффициента устойчивости на
нормальность вычислим эмпирические коэффициенты асимметрии
, а также соответствующие ошибки репрезентативности и
этих величин.
Программа вычисления коэффициентов асимметрии и эксцесса:
/* Трехслойная оболочка. Асимметрия и эксцесс. Норм.*/
load(descriptive); load(distrib);
fpprintprec:4;
ratprint: false$
/* Чтение из файла */
list:read_list("listTRSHELL")$
/* Ошибки репрезентативности асимметрии и эксцесса */
N:1000;
RPRASS: sqrt(6/N),numer;
и эксцесса
RPREKS: sqrt (24/N),numer;
/* Асимметрия и экcцесс */
ASS:skewness(list);
EKS:kurtosis(list);
KRTASS: abs(ASS)/RPRASS;
KRTEKS:abs(EKS)/RPREKS;
Результаты вычислений:
Распределение считается нормальным, если одновременно выполняются
условия
Подставив числовые значения, получим
113
Таким образом, условия нормальности для закона распределения
коэффициента устойчивости выполняются.
Программа построения гистограммы:
/*Построение гистограмм */
fpprintprec:3;
load(descriptive); load(distrib);
ratprint: false$
list:read_list("listTRSHELL")$
/*Гистограмма*/
histogram(list, frequency=percent,
xlabel= "η", ylabel="w",fill_density=0.1,
fill_color=grey,terminal=png, file_name="histTRSHELL");
Гистограмма для коэффициента устойчивости многослойной
пластиныпредставлена на рис. 13.
Рис. 13. Гистограмма для коэффициента устойчивости трехслойной оболочки
Проверим гипотезу о значении коэффициента устойчивости η трехслойной
цилиндрической оболочки:
нулевая гипотеза H0: η=1,
альтернативная гипотеза .
114
Уровень значимости .
Критическая область в данном примере является левосторонней.
Генеральная дисперсия неизвестна. Входными величинами в этой задаче служат
уровень значимости, выборочное среднее и выборочное среднеквадратичное
отклонение.
Программа:
/*Проверка гипотез для трехслойной оболочки.
Коэффициент устойчивости*/
load(stats);
fpprintprec:3;
ratprint: false$
/* Уровень значимости */
alfa:0.05;
/* Число испытаний */
N:1000;
/* Чтение из файла */
list:read_list("listTRSHELL")$
/* Коэф. уст. Матожидание и среднекв. отклонение*/
AVR:mean(list), numer;
STD:std1(list),numer;
/* Наблюдаемая статистика*/
t:(AVR-1)*sqrt(N)/STD, numer;
/*Кр. знач. статистики*/
tkr: quantile_student_t(1-alfa,N-1),numer;
Результаты расчета:
Таким образом, наблюдаемое значение статистики
удовлетворяет
условию
то есть на пятипроцентном уровне значимости нулевая гипотеза принимается.
115
4.7. Выводы по главе
Главной особенностью расчета трехслойных пластин и оболочек,
подкрепленных легким заполнителем, является необходимость учета
деформаций поперечного сдвига. Наибольшая распространение получила
модель, построенная на гипотезе ломанной линии. Для трехслойных пластин,
находящихся в условиях цилиндрического изгиба исходную разрешающую
систему уравнений устойчивости можно привести к обыкновенному
дифференциальному уравнению четвертого порядка. В случае оболочки
исходную разрешающую систему уравнений можно привести к одному
дифференциальному уравнению в частных производных двенадцатого
порядка.
При проектировании трехслойных пластин, находящихся под действием
сжимающих нагрузок, рекомендуется использовать метод разделения
параметров оптимизации на две группы: первая группа параметров определяется
из условий прочности (схема армирования и толщины несущих слоев), а вторая
группа (толщина заполнителя) – из условий устойчивости.
Показано, что в случае, когда в задаче проектирования отсутствуют
ограничения на толщину заполнителя, решение задачи существует и
единственно. Также построен алгоритм проектирования, позволяющий
преодолеть трудности, связанные с наличием ограничений на толщину
заполнителя. На конкретном примере показано, что введение в конструкцию
пластины заполнителя позволяет значительно снизить массу конструкции, даже
при наличии ограничений на толщину заполнителя.
При проектировании трехслойных оболочек, аналогично случаю
трехслойных пластин, используется метод разделения параметров оптимизации
на две группы: первая группа параметров определяется из условий прочности
(схема армирования и толщины несущих слоев), а вторая группа (толщина
заполнителя) – из условий устойчивости.
116
При статистическом моделировании трехслойных конструкций следует
учитывать не только разброс механических характеристик несущих слоев, но и
разброс модуля сдвига заполнителя. Результаты статистического анализа
трехслойных конструкций позволяют сделать следующие выводы:
Разброс упругих характеристик материала несущих слоев и заполнителя
не оказывают существенного влияния на коэффициенты устойчивости пластин и
оболочек.
Малые значения коэффициентов асимметрии и эксцесса
свидетельствуют о нормальности распределений коэффициентов устойчивости.
Гипотезы о равенстве коэффициентов устойчивости пластин и оболочек
их теоретическим значениям не отвергаются.
117
5. МНОГОСТЕНОЧНЫЕ ПЛАСТИНЫ И ОБОЛОЧКИ
xx
(5.1)
(5.2)
Несущие обшивки
Стенка
Многостеночные композитные конструкции – это сравнительно новый вид
несущих конструкций, которые могут быть использованы вместо трехслойных и
ребристых конструкций с односторонними подкрепляющими элементами.
Многостеночные конструкции сочетают в себе свойства симметрии трехслойной
конструкции и высокую изгибную жесткость ребристой конструкции.
Особенности расчета и проектирования многостеночных конструкций из
композитного материала исследованы в работах [150–152].
5.1. Устойчивость пластин
Многостеночная пластина состоит из двух одинаковых внешних слоев
(несущие обшивки), соединенных набором стенок из композитного материала
(рис. 14).
Рис.14. Элемент многостеночной пластинки
Введем обозначения: – толщина одного несущего слоя
высота и толщина стенки соответственно.
Приведенная изгибная жесткость
многостеночной пластины имеет вид:
xx
где
Здесь
Таким образом, выражение критической нагрузки для многостеночной
пластины, находящейся в условиях цилиндрического изгиба, имеет вид:
– шаг,
118
xx
(5.3)
Критическая нагрузка, соответствующая местной форме потери
(5.4)
(5.5)
(5.6)
устойчивости для панели между стенками, имеет вид
Здесь
Редукционный коэффициент
где ,
– модули упругости стенки и несущих слоев соответственно.
– изгибные жесткости одного несущего слоя.
вычисляется по формуле
Если вертикальная стенка представляет собой тонкую пластинку, тогда
следует учитывать возможность потери устойчивости стенки. Критическую
нагрузку для вертикальной стенки можно также найти по формуле (5.4), заменив
в этой формуле изгибные жесткости несущих слоев на изгибные жесткости
стенки, причем
5.2. Устойчивость оболочек
Многостеночная оболочка, радиусом и длиной состоит из двух
одинаковых внешних слоев (несущие обшивки), соединенных набором стенок из
композитного материала (рис. 15).
Рис.15. Сечение многостеночной оболочки
119
Таким образом, повышение изгибной жесткости многостеночной
xx
(5.7)
(5.8)
xx
yy
(5.9)
yy
xy
(5.10)
yy
(5.11)
(5.12)
оболочки, аналогично случаю трехслойной оболочки, достигается за счет
разнесения полотна оболочки на два тонких несущих слоя, соединенных
стенками из того же материала, что и несущие слои.
Введем обозначения: – толщина одного несущего слоя
толщина стенки соответственно;
Приведенная изгибная жесткость
– расстояние между центрами тяжести стенок.
многостеночной оболочки имеет вид:
xx
где
Здесь
Критическую нагрузку вычисляем по формуле
–высота и
где
– податливость многостеночной конструкции в окружном направлении
yy
Здесь
– мембранные жесткости одного несущего оболочки.
С точностью до произведения коэффициентов Пуассона по сравнению с единицей,
выражение для податливости в окружном направлении можно представить в виде:
Критическая нагрузка, соответствующая местной форме потери
устойчивости для панели между стенками, имеет вид
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]