Non-stationary Response of a Carbon Nanotube-reinforced Composite Conical Shell

This paper is devoted to the development of a method for the analysis of the non-stationary deformation of a carbon nanotube-reinforced composite shell under pulsed loading. The development of innovative manufacturing technologies has led to the emergence of new materials that have high potential fo...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2020
Автори:	Avramov, Kostiantyn V., Uspenskyi, Borys V., Sakhno, Nataliia H., Biblik, Iryna V.
Формат:	Стаття
Мова:	English Russian
Опубліковано:	Journal of Mechanical Engineering 2020
Теми:	conical shell pulsed load non-stationary process nanocomposite material UDC 53 002 конічна оболонка імпульсне навантаження нестаціонарний процес нанокомпозитний матеріал УДК 53 коническая оболочка импульсная нагрузка нестационарный процесс нанокомпозитный материал
Онлайн доступ:	https://journals.uran.ua/jme/article/view/206397
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Journal of Mechanical Engineering

Репозитарії

Journal of Mechanical Engineering

id	journalsuranuajme-article-206397
record_format	ojs
institution	Journal of Mechanical Engineering
collection	OJS
language	English Russian
topic	conical shell pulsed load non-stationary process nanocomposite material UDC 53 002 конічна оболонка імпульсне навантаження нестаціонарний процес нанокомпозитний матеріал УДК 53 002 коническая оболочка импульсная нагрузка нестационарный процесс нанокомпозитный материал УДК 53 002
spellingShingle	conical shell pulsed load non-stationary process nanocomposite material UDC 53 002 конічна оболонка імпульсне навантаження нестаціонарний процес нанокомпозитний матеріал УДК 53 002 коническая оболочка импульсная нагрузка нестационарный процесс нанокомпозитный материал УДК 53 002 Avramov, Kostiantyn V. Uspenskyi, Borys V. Sakhno, Nataliia H. Biblik, Iryna V. Non-stationary Response of a Carbon Nanotube-reinforced Composite Conical Shell
topic_facet	conical shell pulsed load non-stationary process nanocomposite material UDC 53 002 конічна оболонка імпульсне навантаження нестаціонарний процес нанокомпозитний матеріал УДК 53 002 коническая оболочка импульсная нагрузка нестационарный процесс нанокомпозитный материал УДК 53 002
format	Article
author	Avramov, Kostiantyn V. Uspenskyi, Borys V. Sakhno, Nataliia H. Biblik, Iryna V.
author_facet	Avramov, Kostiantyn V. Uspenskyi, Borys V. Sakhno, Nataliia H. Biblik, Iryna V.
author_sort	Avramov, Kostiantyn V.
title	Non-stationary Response of a Carbon Nanotube-reinforced Composite Conical Shell
title_short	Non-stationary Response of a Carbon Nanotube-reinforced Composite Conical Shell
title_full	Non-stationary Response of a Carbon Nanotube-reinforced Composite Conical Shell
title_fullStr	Non-stationary Response of a Carbon Nanotube-reinforced Composite Conical Shell
title_full_unstemmed	Non-stationary Response of a Carbon Nanotube-reinforced Composite Conical Shell
title_sort	non-stationary response of a carbon nanotube-reinforced composite conical shell
title_alt	Нестационарный отклик конической композитной оболочки, усиленной углеродными нанотрубками Нестаціонарний відгук конічної композитної оболонки, посиленої вуглецевими нанотрубками
description	This paper is devoted to the development of a method for the analysis of the non-stationary deformation of a carbon nanotube-reinforced composite shell under pulsed loading. The development of innovative manufacturing technologies has led to the emergence of new materials that have high potential for use in the aerospace industry. In particular, these include carbon nanotube-reinforced materials, or so-called nanocomposites. These materials demonstrate high strength and rigidity in combination with low weight, which is especially important when designing components of rocket and aircraft structures: fairings, fuel tanks, engines. At the same time, the behavior of structural elements under typical environmental influences requires additional studies due to the anisotropic and functional-gradient properties of materials. The determination of the mechanical properties of a nanocomposite is a known difficulty due to its anisotropic nature. There are various approaches to solving this problem. The simplest and at the same time well-proven one is the modified mixing rule, which is used in the paper. Equations of motion of the conical shell under the action of shock loading are obtained. To derive the equations of motion of the shell, a high-order theory is used that takes into account shifts and rotational inertia. To analyze the non-stationary dynamics of the shell, its free vibrations are analyzed. The analysis results are highly accurate compared to the finite element calculation carried out in the ANSYS software suite. A method is proposed for analyzing the dynamical response of the shell under the action of impact loading, which is based on the eigenvibration analysis of structures. Time dependencies of adapter deformations are obtained for the cases of actuation of two and four symmetrically arranged pyrodevices. The results of the analysis of the non-stationary dynamics of the adapter were compared with the finite element analysis results.
publisher	Journal of Mechanical Engineering
publishDate	2020
url	https://journals.uran.ua/jme/article/view/206397
work_keys_str_mv	AT avramovkostiantynv nonstationaryresponseofacarbonnanotubereinforcedcompositeconicalshell AT uspenskyiborysv nonstationaryresponseofacarbonnanotubereinforcedcompositeconicalshell AT sakhnonataliiah nonstationaryresponseofacarbonnanotubereinforcedcompositeconicalshell AT biblikirynav nonstationaryresponseofacarbonnanotubereinforcedcompositeconicalshell AT avramovkostiantynv nestacionarnyjotklikkoničeskojkompozitnojoboločkiusilennojuglerodnyminanotrubkami AT uspenskyiborysv nestacionarnyjotklikkoničeskojkompozitnojoboločkiusilennojuglerodnyminanotrubkami AT sakhnonataliiah nestacionarnyjotklikkoničeskojkompozitnojoboločkiusilennojuglerodnyminanotrubkami AT biblikirynav nestacionarnyjotklikkoničeskojkompozitnojoboločkiusilennojuglerodnyminanotrubkami AT avramovkostiantynv nestacíonarnijvídgukkoníčnoíkompozitnoíobolonkiposilenoívugleceviminanotrubkami AT uspenskyiborysv nestacíonarnijvídgukkoníčnoíkompozitnoíobolonkiposilenoívugleceviminanotrubkami AT sakhnonataliiah nestacíonarnijvídgukkoníčnoíkompozitnoíobolonkiposilenoívugleceviminanotrubkami AT biblikirynav nestacíonarnijvídgukkoníčnoíkompozitnoíobolonkiposilenoívugleceviminanotrubkami
first_indexed	2024-06-01T14:44:23Z
last_indexed	2024-06-01T14:44:23Z
_version_	1800670348989956096
spelling	journalsuranuajme-article-2063972020-07-07T12:40:25Z Non-stationary Response of a Carbon Nanotube-reinforced Composite Conical Shell Нестационарный отклик конической композитной оболочки, усиленной углеродными нанотрубками Нестаціонарний відгук конічної композитної оболонки, посиленої вуглецевими нанотрубками Avramov, Kostiantyn V. Uspenskyi, Borys V. Sakhno, Nataliia H. Biblik, Iryna V. conical shell pulsed load non-stationary process nanocomposite material UDC 53 002 конічна оболонка імпульсне навантаження нестаціонарний процес нанокомпозитний матеріал УДК 53 002 коническая оболочка импульсная нагрузка нестационарный процесс нанокомпозитный материал УДК 53 002 This paper is devoted to the development of a method for the analysis of the non-stationary deformation of a carbon nanotube-reinforced composite shell under pulsed loading. The development of innovative manufacturing technologies has led to the emergence of new materials that have high potential for use in the aerospace industry. In particular, these include carbon nanotube-reinforced materials, or so-called nanocomposites. These materials demonstrate high strength and rigidity in combination with low weight, which is especially important when designing components of rocket and aircraft structures: fairings, fuel tanks, engines. At the same time, the behavior of structural elements under typical environmental influences requires additional studies due to the anisotropic and functional-gradient properties of materials. The determination of the mechanical properties of a nanocomposite is a known difficulty due to its anisotropic nature. There are various approaches to solving this problem. The simplest and at the same time well-proven one is the modified mixing rule, which is used in the paper. Equations of motion of the conical shell under the action of shock loading are obtained. To derive the equations of motion of the shell, a high-order theory is used that takes into account shifts and rotational inertia. To analyze the non-stationary dynamics of the shell, its free vibrations are analyzed. The analysis results are highly accurate compared to the finite element calculation carried out in the ANSYS software suite. A method is proposed for analyzing the dynamical response of the shell under the action of impact loading, which is based on the eigenvibration analysis of structures. Time dependencies of adapter deformations are obtained for the cases of actuation of two and four symmetrically arranged pyrodevices. The results of the analysis of the non-stationary dynamics of the adapter were compared with the finite element analysis results. Статья посвящена разработке метода анализа нестационарного деформирования нанокомпозитной оболочки под действием импульсной нагрузки. Развитие инновационных производственных технологий привело к возникновению новых материалов, которые имеют высокий потенциал для использования в аэрокосмической промышленности. В частности, к ним относятся материалы, армированные углеродными нанотрубками – так называемые нанокомпозиты. Эти материалы демонстрируют высокую прочность и жесткость в сочетании с малой массой, что особенно актуально при проектировании элементов ракетных и авиационных конструкций: обтекателей, топливных баков, двигателей. В то же время требует дополнительных исследований поведение элементов конструкций при характерных воздействиях внешней среды в силу анизотропных и функционально-градиентных свойств материала. Определение механических свойств нанокомпозитного материала представляет известную трудность в силу его анизотропной природы. Существуют различные подходы к решению этой проблемы. Наиболее простым и при этом хорошо зарекомендовавшим себя является модифицированное правило смешивания, которое используется в работе. Получены уравнения движения конической оболочки под действием ударной нагрузки. Для вывода уравнений движения оболочки используется теория высокого порядка, учитывающая сдвиги и инерцию вращения. Для анализа нестационарной динамики оболочки проведен анализ ее свободных колебаний. Результаты анализа имеют высокую точность по сравнению с конечноэлементным расчётом, проведенным в программном комплексе ANSYS. Предложен метод анализа динамического отклика оболочки под действием ударной нагрузки, который базируется на анализе собственных форм колебаний конструкции. Получены временные зависимости деформаций адаптера для случаев срабатывания двух и четырех симметрично расположенных пироустройств. Результаты анализа нестационарной динамики адаптера сравнивались с результатами конечноэлементного анализа. Стаття присвячена розробці методу аналізу нестаціонарного деформування нанокомпозитної оболонки під впливом імпульсного навантаження. Розвиток інноваційних виробничих технологій привів до виникнення нових матеріалів, які мають високий потенціал для використання в аерокосмічній промисловості. До них, зокрема, належать матеріали, які армовано вуглецевими нанотрубками (ВНТ) – так звані нанокомпозити. Ці матеріали демонструють високу міцність та жорсткість в поєднанні з малою масою, що є надзвичайно актуальним під час проєктування елементів ракетних та авіаційних конструкцій: обтічників, паливних баків, двигунів. Водночас, поведінка елементів конструкцій за характерних впливів зовнішнього середовища потребує додаткового дослідження внаслідок анізотропних та функціонально-градієнтних властивостей матеріалу. Визначення механічних властивостей нанокомпозитного матеріалу викликає деяку складність внаслідок його нанокомпозитної природи. Існують різні підходи до розв’язання цієї проблеми. Модифіковане правило змішування є найпростішим і при цьому таким, що добре себе зарекомендувало. Його використано в роботі. Отримано рівняння руху конічної оболонки під впливом ударного навантаження. Для виводу рівнянь руху оболонки використано теорію високого порядку, яка враховує зсуви та інерцію обертання. Для аналізу нестаціонарної динаміки оболонки проведено аналіз її вільних коливань. Результати аналізу мають високу точність у порівнянні зі скінченно-елементним розрахунком, який проведено в програмному комплексі ANSYS. Запропоновано метод аналізу динамічного відгуку оболонки під впливом ударного навантаження, який базується на аналізі власних форм коливань конструкції. Отримано часові залежності деформацій адаптера для випадків спрацювання двох та чотирьох піропристроїв. Результати аналізу нестаціонарної динаміки адаптера було порівняно з результатами скінченно-елементного аналізу. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2020-06-25 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/206397 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 2 (2020); 21-32 Проблемы машиностроения; Том 23 № 2 (2020); 21-32 Проблеми машинобудування; Том 23 № 2 (2020); 21-32 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/206397/206376 https://journals.uran.ua/jme/article/view/206397/206377 Copyright (c) 2020 Kostiantyn V. Avramov, Borys V. Uspenskyi, Nataliia H. Sakhno, Iryna V. Biblik https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0

Non-stationary Response of a Carbon Nanotube-reinforced Composite Conical Shell

Репозитарії

Схожі ресурси