Концентрація напружень біля отвору, що контактує з жорстким циліндром, в композитній пластині, з урахуванням бічних зазорів

Abstract

Проблематика. При проектуванні болтових з'єднань (БЗ) необхідно, зокрема, проводити їхні перевірочні розрахунки на міцність. При цьому бажано застосовувати експрес-аналіз: розрахунки по простих формулах достатньої точності. Для БЗ пластин із шаруватих полімерних композиційних матеріалів (ПКМ) проблема ще не вирішена. Мета дослідження. Провести перевірку точності трьох відомих формул експрес-розрахунку величини коефіцієнта концентрації напружень (ККН) при контакті отвору з жорстким циліндром (болтом), на контрастних прикладах матеріалів та схем армування пластини із ПКМ, з урахуванням можливих бічних зазорів болт/отвір в практично актуальному діапазоні: від нульового до 1% від діаметра. Методика реалізації. Були проведені чисельні розрахунки із застосуванням методу скінченних елементів (контактна задача) для БЗ пластини із шаруватого ПКМ. Передбачалася 3D-ортотропія кожного моношару. Перевірялися три прості формули експрес-аналізу. Результати зведені в таблиці, наведені ілюстрації. Результати дослідження. Отримано числові оцінки, що характеризують ступінь впливу на концентрацію напружень на поверхні отвору характеристик матеріалу, схеми армування й величин зазору болт/отвір в пластині із шаруватого ПКМ, а також точність розглянутих формул. Висновки. Зміна матеріалу й схеми армування шаруватого ПКМ призводить до істотної зміни значень максимальних напружень та ККН у навантаженого болтом отвору в ослабленому отвором перетині пластини, а розглянуті формули експрес-аналізу мають недостатню точність для контрастних випадків матеріалів і схем армування пластини. Зміна величини зазору болт/отвір в діапазоні від нуля до 1% від діаметра призводить до відносно невеликих змін ККН: до 10% максимум. Необхідні додаткові дослідження.

Keywords

• болтове з'єднання
• зазор
• коефіцієнт концентрації напружень
• полімерний композиційний матеріал