Major Stress-Strain State of Double Support Multilayer Beams Under Concentrated Load. Part 2. Model Implementation and Calculation Results
The development of composite technologies contributes to their wide introduction into the practice of designing modern different-purpose structures. Reliable prediction of the stress-strain state of composite elements is one of the conditions for creating reliable structures with optimal parameters....
Збережено в:
| Видавець: | Journal of Mechanical Engineering |
|---|---|
| Дата: | 2019 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/160069 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Репозиторії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-160069 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
multilayer beam orthotropic layer concentrated load deflection stresses displacements UDC 539.3 полый цилиндр гармонические колебания коэффициенты интенсивности напряжений система трещин УДК 539.3 багатошарова балка ортотропний шар зосереджене навантаження напруження переміщення УДК 539.3 |
| spellingShingle |
multilayer beam orthotropic layer concentrated load deflection stresses displacements UDC 539.3 полый цилиндр гармонические колебания коэффициенты интенсивности напряжений система трещин УДК 539.3 багатошарова балка ортотропний шар зосереджене навантаження напруження переміщення УДК 539.3 Kovalchuk, S. B. Goryk, O. V. Major Stress-Strain State of Double Support Multilayer Beams Under Concentrated Load. Part 2. Model Implementation and Calculation Results |
| topic_facet |
multilayer beam orthotropic layer concentrated load deflection stresses displacements UDC 539.3 полый цилиндр гармонические колебания коэффициенты интенсивности напряжений система трещин УДК 539.3 багатошарова балка ортотропний шар зосереджене навантаження напруження переміщення УДК 539.3 |
| format |
Article |
| author |
Kovalchuk, S. B. Goryk, O. V. |
| author_facet |
Kovalchuk, S. B. Goryk, O. V. |
| author_sort |
Kovalchuk, S. B. |
| title |
Major Stress-Strain State of Double Support Multilayer Beams Under Concentrated Load. Part 2. Model Implementation and Calculation Results |
| title_short |
Major Stress-Strain State of Double Support Multilayer Beams Under Concentrated Load. Part 2. Model Implementation and Calculation Results |
| title_full |
Major Stress-Strain State of Double Support Multilayer Beams Under Concentrated Load. Part 2. Model Implementation and Calculation Results |
| title_fullStr |
Major Stress-Strain State of Double Support Multilayer Beams Under Concentrated Load. Part 2. Model Implementation and Calculation Results |
| title_full_unstemmed |
Major Stress-Strain State of Double Support Multilayer Beams Under Concentrated Load. Part 2. Model Implementation and Calculation Results |
| title_sort |
major stress-strain state of double support multilayer beams under concentrated load. part 2. model implementation and calculation results |
| title_alt |
Основное напряженно-деформированное состояние двухопорных многослойных балок под действием сосредоточенной нагрузки. Часть 2. Реализация модели и результаты расчета Основний напружено-деформований стан двохопорних багатошарових балок під дією зосередженого навантаження. Частина 2. Реалізація моделі та результати розрахунку |
| description |
The development of composite technologies contributes to their wide introduction into the practice of designing modern different-purpose structures. Reliable prediction of the stress-strain state of composite elements is one of the conditions for creating reliable structures with optimal parameters. Analytical theories for determining the stress-strain state of multilayer rods (bars, beams) are significantly inferior in development to those for composite plates and shells, although their core structural elements are most common. The purpose of this paper is to design an analytical model for bending double support multilayer beams under a concentrated load, with the model based on the previously obtained elasticity theory solution for a multi-layer cantilever. The second part of the article contains examples of the implementation of the model for bending double-support multi-layer beams under a concentrated load, with the model constructed in the first part of the article. Using this model, solutions to the problems of bending multi-layer beams with different types of fixation of their extreme cross-sections were obtained. The resultant relations were approbated using test problems for determining the deflections of homogeneous composite double-support beams with different combinations of fixation, as well as in determining the stresses and displacements of a four-layer beam with a combination of a rigid and hinged fixation at its ends. The results obtained have a slight discrepancy with the simulation results by the finite element method (FEM) and the calculation by the iterative model for bending composite bars, even for relatively short beams. In addition, it is shown that the neglect of the shear amenability of layer materials results in large errors in determining the deflections, and in the case of statically indefinable beams, reactive forces and stresses. The approach used in the construction of the model can be extended to the case of beams with arbitrary numbers of concentrated forces and intermediate supports, and to calculate multilayer beams with different rigidity of their design sections. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2019 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/160069 |
| work_keys_str_mv |
AT kovalchuksb majorstressstrainstateofdoublesupportmultilayerbeamsunderconcentratedloadpart2modelimplementationandcalculationresults AT gorykov majorstressstrainstateofdoublesupportmultilayerbeamsunderconcentratedloadpart2modelimplementationandcalculationresults AT kovalchuksb osnovnoenaprâžennodeformirovannoesostoâniedvuhopornyhmnogoslojnyhbalokpoddejstviemsosredotočennojnagruzkičastʹ2realizaciâmodeliirezulʹtatyrasčeta AT gorykov osnovnoenaprâžennodeformirovannoesostoâniedvuhopornyhmnogoslojnyhbalokpoddejstviemsosredotočennojnagruzkičastʹ2realizaciâmodeliirezulʹtatyrasčeta AT kovalchuksb osnovnijnapruženodeformovanijstandvohopornihbagatošarovihbalokpíddíêûzoseredženogonavantažennâčastina2realízacíâmodelítarezulʹtatirozrahunku AT gorykov osnovnijnapruženodeformovanijstandvohopornihbagatošarovihbalokpíddíêûzoseredženogonavantažennâčastina2realízacíâmodelítarezulʹtatirozrahunku |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:04Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:04Z |
| _version_ |
1800670328476663808 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-1600692019-04-03T19:19:45Z Major Stress-Strain State of Double Support Multilayer Beams Under Concentrated Load. Part 2. Model Implementation and Calculation Results Основное напряженно-деформированное состояние двухопорных многослойных балок под действием сосредоточенной нагрузки. Часть 2. Реализация модели и результаты расчета Основний напружено-деформований стан двохопорних багатошарових балок під дією зосередженого навантаження. Частина 2. Реалізація моделі та результати розрахунку Kovalchuk, S. B. Goryk, O. V. multilayer beam orthotropic layer concentrated load deflection stresses displacements UDC 539.3 полый цилиндр гармонические колебания коэффициенты интенсивности напряжений система трещин УДК 539.3 багатошарова балка ортотропний шар зосереджене навантаження напруження переміщення УДК 539.3 The development of composite technologies contributes to their wide introduction into the practice of designing modern different-purpose structures. Reliable prediction of the stress-strain state of composite elements is one of the conditions for creating reliable structures with optimal parameters. Analytical theories for determining the stress-strain state of multilayer rods (bars, beams) are significantly inferior in development to those for composite plates and shells, although their core structural elements are most common. The purpose of this paper is to design an analytical model for bending double support multilayer beams under a concentrated load, with the model based on the previously obtained elasticity theory solution for a multi-layer cantilever. The second part of the article contains examples of the implementation of the model for bending double-support multi-layer beams under a concentrated load, with the model constructed in the first part of the article. Using this model, solutions to the problems of bending multi-layer beams with different types of fixation of their extreme cross-sections were obtained. The resultant relations were approbated using test problems for determining the deflections of homogeneous composite double-support beams with different combinations of fixation, as well as in determining the stresses and displacements of a four-layer beam with a combination of a rigid and hinged fixation at its ends. The results obtained have a slight discrepancy with the simulation results by the finite element method (FEM) and the calculation by the iterative model for bending composite bars, even for relatively short beams. In addition, it is shown that the neglect of the shear amenability of layer materials results in large errors in determining the deflections, and in the case of statically indefinable beams, reactive forces and stresses. The approach used in the construction of the model can be extended to the case of beams with arbitrary numbers of concentrated forces and intermediate supports, and to calculate multilayer beams with different rigidity of their design sections. Развитие технологий композитов способствует их широкому внедрению в практику проектирования современных конструкций различного назначения. Достоверное прогнозирование напряженно-деформированного состояния (НДС) композитных элементов является одним из условий создания надежных конструкций с оптимальными параметрами. Аналитические теории определения НДС многослойных стержней (брусьев, балок) значительно уступают в развитии теориям для композитных плит и оболочек, хотя стержневые элементы конструкций являются самыми распространенными. Целью данной работы является построение аналитической модели изгиба двухопорных многослойных балок под действием сосредоточенной нагрузки на основе полученного ранее решения теории упругости для многослойной консоли. Во второй части статьи приведены примеры реализации модели изгиба двухопорных многослойных балок под действием сосредоточенной нагрузки, построенной в первой части статьи. С использованием модели получены решения задач изгиба многослойных балок с различными способами закрепления их крайних сечений. Полученные соотношения апробированы на тестовых задачах определении прогибов однородных композитных двухопорных балок с различными комбинациями закреплений, а также при определении напряжений и перемещений четырехслойной балки с жестким и шарнирным закреплением торцов. Полученные результаты имеют незначительное расхождение с результатами моделирования методом конечных элементов (МКЭ) и расчета по итерационной модели изгиба композитных брусьев, даже для относительно коротких балок. Кроме того, показано, что пренебрежение сдвиговой податливостью материалов слоев приводит к большим погрешностям при определении прогибов, а в случае статически неопределимых балок – также реактивных усилий и напряжений. Примененный при построении модели подход можно расширить на случай балок с произвольным количеством сосредоточенных сил и промежуточных опор и для расчета многослойных балок с различными жесткостями расчетных участков. Розвиток технологій композитів сприяє їх широкому впровадженню в практику проектування сучасних конструкцій різного призначення. Достовірне прогнозування напружено-деформованого стану композитних елементів є однією з умов створення надійних конструкцій з оптимальними параметрами. Аналітичні теорії визначення напружено-деформованого стану багатошарових стрижнів (брусів, балок) значно поступаються у розвитку теоріям для композитних плит і оболонок, хоча стрижневі елементи конструкцій є найпоширенішими. Метою даної роботи є побудова аналітичної моделі вигину двохопорних багатошарових балок під дією зосередженого навантаження на основі отриманого раніше розв’язку теорії пружності для багатошарової консолі. У другій частині статті наведені приклади реалізації моделі згину двохопорних багатошарових балок під дією зосередженого навантаження, побудованої у першій частині статті. Із використанням моделі отримано розв'язки задач згину багатошарових балок з різними способами закріплення їх крайніх перерізів. Отримані співвідношення апробовані на тестових задачах визначення прогинів однорідних композитних двохопорних балок з різними комбінаціями закріплень, а також під час визначення напружень і переміщень чотиришарової балки з жорстким і шарнірним закріпленням торців. Отримані результати мають незначну розбіжність з результатами моделювання методом скінченних елементів і розрахунку по ітераційній моделі згину композитних брусів, навіть для відносно коротких балок. Крім того, показано, що нехтування зсувною піддатливістю матеріалів шарів призводить до великих похибок під час визначення прогинів, а у разі статично невизначених балок – також реактивних зусиль і напружень. Застосований під час побудови моделі підхід можна розширити на випадок балок з будь-якою кількістю зосереджених сил і проміжних опор та для розрахунку багатошарових балок з різними жорсткостями розрахункових ділянок. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2019-03-18 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/160069 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 22 No. 1 (2019); 24-32 Проблемы машиностроения; Том 22 № 1 (2019); 24-32 Проблеми машинобудування; Том 22 № 1 (2019); 24-32 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/160069/161323 https://journals.uran.ua/jme/article/view/160069/161324 Copyright (c) 2019 S. B. Kovalchuk, O. V. Goryk https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |