Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Старовойтов Э. И., Леоненко Д. В. Вынужденные колебания трехслойной пластины в нестационарном температурном поле // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Математика. Механика. Информатика. 2024. Т. 24, вып. 1. С. 123-137. DOI: 10.18500/1816-9791-2024-24-1-123-137, EDN: TMUGDP

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
01.03.2024
Полный текст:
(downloads: 163)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
539.374
EDN: 
TMUGDP

Вынужденные колебания трехслойной пластины в нестационарном температурном поле

Авторы: 
Старовойтов Эдуард Иванович, Белорусский государственный университет транспорта
Леоненко Денис Владимирович, Белорусский государственный университет транспорта
Аннотация: 

Исследовано влияние теплового потока постоянной интенсивности на вынужденные колебания круговой трехслойной несимметричной по толщине пластины, теплоизолированной по контуру и нижней плоскости. Использовано приближенное решение задачи теплопроводности, полученное с помощью усреднения теплофизических характеристик материалов слоев по толщине пакета. Нестационарное температурное поле неоднородно по толщине пластины. Согласно гипотезе Неймана, свободные колебания пластины, вызванные мгновенным падением теплового потока, суммируются с вынужденными колебаниями от силовой нагрузки. Деформирование пакета пластины соответствует гипотезе ломаной линии. В относительно тонких внешних несущих слоях справедливы гипотезы Кирхгофа. В несжимаемом по толщине, достаточно толстом заполнителе деформированная нормаль сохраняет прямолинейность и длину, но поворачивается на дополнительный угол. Постановка соответствующей начально-краевой задачи включает уравнения движения, полученные при помощи принципа Даламбера и вариационного метода Лагранжа. Начальные условия приняты однородными, контур пластины шарнирно оперт. Аналитическое решение неоднородной системы дифференциальных уравнений в частных производных получено с помощью метода разложения в ряд по системе собственных ортонормированных функций. В результате выписаны аналитические выражения для трех искомых функций — прогиба пластины, сдвига и радиального перемещения в заполнителе. Рассмотрен пример колебаний под действием мгновенно приложенной, равномерно распределенной нагрузки. Приведен числовой параметрический анализ частот собственных колебаний и полученного решения в зависимости от интенсивности теплового потока для пластины со слоями: титановый сплав, фторопласт-4, дюралюминий. 

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Т22УЗБ-015).
Список источников: 
  1. Болотин В. В., Новичков Ю. Н. Механика многослойных конструкций. Москва : Машиностроение, 1980. 375 с.
  2. Aghalovyan L., Prikazchikov D. Asymptotic Theory of Anisotropic Plates and Shells. Singapore : World Scientific Publishing Co., 2015. 360 p. https://doi.org/10.1142/9789814579032, EDN: YXUYYT
  3. Carrera E., Fazzolari F. A., Cinefra M. Thermal Stress Analysis of Composite Beams, Plates and Shells: Computational Modelling and Applications. Academic Press, 2016. 440 р.
  4. Mikhasev G. I., Altenbach H. Free vibrations of elastic laminated beams, plates and cylindrical shells // Thin-walled Laminated Structures. Cham : Springer, 2019. P. 157–198. (Advanced Structured Materials, vol. 106). https://doi.org/10.1007/978-3-030-12761-9_4
  5. Bakulin V. N., Boitsova D. A., Nedbai A. Ya. Parametric resonance of a three layered cylindrical composite rib-stiffened shell // Mechanics of Composite Materials. 2021. Vol. 57, iss. 3. P. 623–634. https://doi.org/10.1007/s11029-021-09984-9
  6. Gorshkov A. G., Starovoitov E. I., Yarovaya A. V. Harmonic vibrations of a viscoelastoplastic sandwich cylindrical shell // International Applied Mechanics. 2001. Vol. 37, iss. 7. P. 1196–1203. https://doi.org/10.1023/A:1013290600951
  7. Белосточный Г. Н., Мыльцина О. А. Динамическая устойчивость геометрически нерегулярной нагретой пологой цилиндрической оболочки в сверхзвуковом потоке газа // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. 2018. Т. 22, № 4. С. 750–761. https://doi.org/10.14498/vsgtu1653
  8. Zemlyanukhin A. I., Bochkarev A. V., Ratushny A. V., Chernenko A. V. Generalized model of nonlinear elastic foundation and longitudinal waves in cylindrical shells // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2022. Т. 22, вып. 2. С. 196–204. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2022-22-2-196-204
  9. Блинков Ю. А., Месянжин А. В., Могилевич Л. И. Математическое моделирование волновых явлений в двух геометрически нелинейных упругих соосных цилиндрических оболочках, содержащих вязкую несжимаемую жидкость // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2016. Т. 16, вып. 2. С. 184–197. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2016-16-2-184-197
  10. Тарлаковский Д. В., Федотенков Г. В. Пространственное нестационарное движение упругой сферической оболочки // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2015. Т. 50, № 2. С. 118–128. EDN: TPPBRR
  11. Tarlakovskii D. V., Fedotenkov G. V. Two-dimensional nonstationary contact of elastic cylindrical or spherical shells // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2014. Vol. 43, iss. 2. P. 145–152. https://doi.org/10.3103/S1052618814010178
  12. Белосточный Г. Н., Мыльцина О. А. Геометрически нерегулярные пластинки под действием быстропеременных по временной координате силовых и температурных воздействий // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2015. Т. 15, вып. 4. С. 442–451. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2015-15-4-442-451
  13. Ivanez I., Moure M. M., Garcia-Castillo S. K., Sanchez-Saez S. The oblique impact response of composite sandwich plates // Composite Structures. 2015. Vol. 133. P. 1127–1136. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.08.035
  14. Suvorov Ye. M., Tarlakovskii D. V., Fedotenkov G. V. The plane problem of the impact of a rigid body on a half-space modelled by a Cosserat medium // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 2012. Vol. 76, iss. 5. P. 511–518. https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2012.11.015
  15. Paimushin V. N., Gazizullin R. K. Static and monoharmonic acoustic impact on a laminated plate // Mechanics of Composite Materials. 2017. Vol. 53, iss. 6. P. 283–304. https://doi.org/10.1007/s11029-017-9662-z
  16. Смирнов А. Л., Васильев Г. П. Частоты собственных колебаний круглой тонкой пластины с нелинейно возмущенными параметрами // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2021. Т. 21, вып. 2. С. 227–237. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2021-21-2-227-237
  17. Paimushin V. N., Firsov V. A., Shishkin V. M. Modeling the dynamic response of a carbon-fiber-reinforced plate at resonance vibrations considering the internal friction in the material and the external aerodynamic damping // Mechanics of Composite Materials. 2017. Vol. 53, iss. 4. P. 609–630. https://doi.org/10.1007/s11029-017-9673-9
  18. Starovoitov E. I., Leonenko D. V., Yarovaya A. V. Vibrations of circular sandwich plates under resonance loads // International Applied Mechanics. 2003. Vol. 39, iss. 12. P. 1458–1463. https://doi.org/10.1023/B:INAM.0000020831.16802.4a
  19. Starovoitov E. I., Leonenko D. V., Tarlakovsky D. V. Resonance vibrations of circular composite plates on an elastic foundation // Mechanics of Composite Materials. 2015. Vol. 51, iss. 5. P. 561–570. https://doi.org/10.1007/s11029-015-9527-2
  20. Kondratov D. V., Mogilevich L. I., Popov V. S., Popova A. A. Hydroelastic oscillations of a circular plate, resting on Winkler foundation // Journal of Physics: Conference Series 2018. Vol. 944. Art. 012057. https://doi.org/10.1088/1742-6596/944/1/012057
  21. Mogilevich L. I., Popov V. S., Popova A. A., Christoforova A. V. Mathematical modeling of hydroelastic oscillations of the stamp and the plate, resting on Pasternak foundation // Journal of Physics: Conference Series 2018. Vol. 944. Art. 012081. https://doi.org/10.1088/1742-6596/944/1/012081
  22. Быкова Т. В., Грушенкова Е. Д., Попов В. С., Попова А. А. Гидроупругая реакция трехслойной пластины со сжимаемым заполнителем, взаимодействующей со штампом через слой вязкой жидкости // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2020. Т. 20, вып. 3. С. 351–366. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2020-20-3-351-366
  23. Агеев Р. В., Могилевич Л. И., Попов В. С. Колебания стенок щелевого канала с вязкой жидкостью, образованного трехслойным и твердым дисками // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2014. № 1. С. 3–11. EDN: RXRDZJ
  24. Fedotenkov G. V., Tarlakovsky D. V., Vahterova Y. А. Identification of non-stationary load upon Timoshenko beam // Lobachevskii Journal of Mathematics. 2019. Vol. 40, iss. 4. P. 439–447. https://doi.org/10.1134/S1995080219040061
  25. Rabboh S., Bondok N., Mahmoud T., El Kholy H. The effect of functionally graded materials into the sandwich beam dynamic performance // Materials Sciences and Applications. 2013. Vol. 4, iss. 11. P. 751–760. https://doi.org/10.4236/msa.2013.411095
  26. Zenkour A. M., Alghamdi N. A. Bending analysis of functionally graded sandwich plates under the effect of mechanical and thermal loads // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2010. Vol. 17, iss. 6. P. 419–432. https://doi.org/10.1080/15376494.2010.483323
  27. Starovoitov E. I., Leonenko D. V. Impact of thermal and ionizing radiation on a circular sandwich plate on an elastic foundation // International Applied Mechanics. 2011. Vol. 47, iss. 5. P. 580–589. https://doi.org/10.1007/s10778-011-0481-y
  28. Grover N., Singh B. N., Maiti D. K. An inverse trigonometric shear deformation theory for supersonic flutter characteristics of multilayered composite plates // Aerospace Science and Technology. 2016. Vol. 52. P. 41–51. https://doi.org/10.1016/j.ast.2016.02.017
  29. Yarovaya A. V. Thermoelastic bending of a sandwich plate on a deformable foundation // International Applied Mechanics. 2006. Vol. 42, iss. 2. P. 206–213. https://doi.org/10.1007/s10778-006-0078-z
  30. Старовойтов Э. И. Леоненко Д. В. Изгиб упругой круговой трехслойной пластины в нейтронном потоке локальной нагрузкой // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2022. Т. 22, вып. 3. С. 360–375. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2022-22-3-360-375
  31. Paimushin V. N. Theory of moderately large deflections of sandwich shells having a transversely soft core and reinforced along their contour // Mechanics of Composite Materials. 2017. Vol. 53, iss. 1. P. 3–26. https://dx.doi.org/10.1007/s11029-017-9636-1
  32. Wang Zh., Lu G., Zhu F., Zhao L. Load-carrying capacity of circular sandwich plates at large deflection // Journal of Engineering Mechanics. 2017. Vol. 143, iss. 9. Art. 04017057. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001243
  33. Skec L., Jelenic G. Analysis of a geometrically exact multi-layer beam with a rigid interlayer connection // Acta Mechanica. 2014. Vol. 225, iss. 2. P. 523–541. https://doi.org/10.1007/s00707-013-0972-5
  34. Starovoitov E. I., Leonenko D. V., Yarovaya A. V. Elastoplastic bending of a sandwich bar on an elastic foundation // International Applied Mechanics. 2007. Vol. 43, iss. 4. P. 451–459. https://doi.org/10.1007/s10778-007-0042-6
  35. Pradhan M., Dash P. R., Pradhan P. K. Static and dynamic stability analysis of an asymmetric sandwich beam resting on a variable Pasternak foundation subjected to thermal gradient // Meccanica. 2016. Vol. 51, iss. 3. P. 725–739. https://doi.org/10.1007/s11012-015-0229-6
  36. Zadeh H. V., Tahani M. Analytical bending analysis of a circular sandwich plate under distributed load // International Journal of Recent Advances in Mechanical Engineering. 2017. Vol. 6, iss. 1. https://doi.org/10.14810/ijmech.2017.6101
  37. Yang L., Harrysson O., West H., Cormier D. A. Comparison of bending properties for cellular core sandwich panels // Materials Sciences and Applications. 2013. Vol. 4, iss. 8. P. 471–477. https://doi.org/10.4236/msa.2013.48057
  38. Kudin A., Al-Omari M. A. V., Al-Athamneh B. G. M., Al-Athamneh H. K. M. Bending and buckling of circular sandwich plates with the nonlinear elastic core material // International Journal of Mechanical Engineering and Information Technology. 2015. Vol. 3, iss. 08. P. 1487–1493. https://doi.org/10.18535/ijmeit/v2i8.02
  39. Старовойтов Э. И., Леоненко Д. В. Повторное знакопеременное нагружение упругопластической трехслойной пластины в температурном поле // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2021. Т. 21, вып. 1. С. 60–75. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2021-21-1-60-75
  40. Starovoitov E. I. Description of the thermomechanical properties of some structural materials // Strength of Materials. 1988. Vol. 20, iss. 4. P. 426–431. https://doi.org/10.1007/BF01530849
Поступила в редакцию: 
28.11.2022
Принята к публикации: 
16.01.2023
Опубликована: 
01.03.2024