Главная » 2014 » Сентябрь » 24 » Скачать Контактное сжатие и соударение двух упруго-пластичных тел. Шостенко, Денис Николаевич бесплатно
9:10 PM
Скачать Контактное сжатие и соударение двух упруго-пластичных тел. Шостенко, Денис Николаевич бесплатно
Контактное сжатие и соударение двух упруго-пластичных тел
Диссертация
Автор: Шостенко, Денис Николаевич
Название: Контактное сжатие и соударение двух упруго-пластичных тел
Справка: Шостенко, Денис Николаевич. Контактное сжатие и соударение двух упруго-пластичных тел : диссертация кандидата технических наук : 01.02.04 Великий Новгород, 2004 169 c. : 61 05-5/1989
Объем: 169 стр.
Информация: Великий Новгород, 2004
Содержание:
Общая характеристика работы
1 Состояние вопроса
11 Основные направления исследований по теории соударения твердых, упругих и упруго-пластичных тел
12 Обзор экспериментальной техники и приборов для исследования процесса удара
2 Экспериментальные исследования
21 Ударные явления в технике
22 Основные методики проведения экспериментов и обработки их результатов для определения параметров силовой функции
23 Экспериментальные материалы
24 Методика проведения исследования
241 Описание материала для экспериментального исследования
2411 Основной материал
2412 Определение твердости и проведение термической обработки
2413 Определение твердости исследуемых образцов
242 Подготовка исследуемых образцов для экспериментальной работы
243 Описание экспериментальной установки для определения коэффициента пластичности В и показателя нелинейности п
244 Описание оптического прибора для проведения замеров контактных деформаций
245 Порядок проведения экспериментов
2451 Схема и принцип определения замеров сил и контактных деформаций
2452, Порядок проведения экспериментов
3 Методика обработки экспериментальных данных
31, Методика
32 Методика №
321 Определение параметров В и п силовой функции на стадии нагрузки
322 Анализ экспериментальных материалов
4 Универсальная теория удара
41 Общие положения
42 Вывод расчетной зависимости
421 Расчетная схема
422 Расчетные уравнения для классической теории удара
423 Расчетные уравнения для универсальной теории удара
424 Связь между классической и контактной теориями удара
425 Математическая модель
43 Решение интегро-дифференциального уравнения на ЭВМ
431 Предпосылки решения
432 Решение зфавнения (а) с помощью программы Mathcad
433 Порядок интегрирования
434 Пример численного решения задачи на внецентренное соударение двух свободных тел Основные результаты и выводы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение:
Общая характеристика работы Актуальность темы. Задачи на контактное сжатие и соударение упруго-пластичных тел являются предметом многочисленных теоретических и экспериментальных исследований. Количество работ в этой области непрерывно возрастает, так как вопросы современного машиностроения, связанные с конструированием быстроходных машин и механизмов, заставляют исследователей все глубже проникать во внутренние закономерности процесса удара. Классическая теория соударения твердых тел, созданная рядом исследователей, начиная с Галилея; рассматривала соударяющиеся тела как абсолютно твердые, а процесс соударения как мгновенный. Эта теория, собственно говоря, позволяла определить лишь результаты удара изменение скоростей соударяющихся тел. Внутренние закономерности процесса удара его длительность (время удара), величина контактных сил и деформаций оставались нераскрытыми. Существенный вклад в изучение процесса контактного взаимодействия упругих тел был сделан в исследованиях Г. Герца [37, 38], Герцу удалось установить расчетным путем зависимость величины контактной силы и длительность соударения тел от их масс и скоростей до удара. Контактная задача удара была решена Герцем на основе гипотезы о том, что связь между контактной силой и местной деформацией тел при ударе такова же, как и при статическом их сжатии. В работе «О касании упругих тел» он отмечает, что "упругое состояние тел вблизи поверхности удара за все время удара весьма близко к тому состоянию равновесия, которое возникло бы в обоих телах при их сжатии" [24]. В сущности эта гипотеза равноценна пренебрежению силами инерции частиц тела в их движении относительно центра инерции тела, обусловленном местной деформацией, а также пренебрежению деформациями частей тела, удаленных от площадки контакта. Следовательно, задача об ударе сводится к задаче о сжатии двух тел. О целесообразности экспериментального исследования процесса динамического взаимодействия механических систем методом контактного сжатия двзос тел высказывались в работах А.Н. Динника [24, 25] и других. Наряду с теорией Герца, которая учитывает только местные деформации и не принимает во внимание деформации тел вдали от площадки контакта, разработана теория удара упругих тел, учитывающая их общие деформации и не учитывающая местных. Экспериментальные работы по контактному сжатию и соударению упруго-пластичных тел до сих пор не выполнялись. Учитывая важность проблемы изучения закономерности упруго-пластичного деформирования материалов при контактном взаимодействии двух тел актуальны различные экспериментальные и теоретические исследования, в том числе и развитие метода анализа силовой функции в процессе контактного взаимодействия двух тел. Наконец, существует еще волновая теория удара. Применительно к продольному удару по стержню постоянного сечения такая теория была впервые предложена Навье [17]. Неудачная форма решения в тригонометрических рядах не позволила Навье выявить все особенности продольного удара и прежде всего исключала возможность определения напряжений. Позднее Сен-Венан [76, 77] и Буссинеск нашли решение задачи продольного удара с помощью разрывных функций, что позволило непосредственно проследить распространение волн деформации вдоль стержня. Следовательно, волновая теория продольного удара, не учитывающая местных деформаций, получила законченное выражение. Довольно сложные вычисления, с которыми связан расчет по этой теории, могут быть утрачены, если использовать графический метод характеристик.Произведенная рядом исследователей экспериментальная проверка волновой теории удара не дала вполне удовлетворительных результатов, что заставило критически отнестись к лежащим в ее основе гипотезам. Таких гипотез две: это, во-первых, гипотеза плоских сечений и пренебрежение поперечным движением частиц стержня и, во-вторых, предположение, что поверхности соприкосновения является параллельными плоскостями. Имеющиеся в действительности отступления от гипотезы плоских сечений должны быть особенно заметны вблизи фронта волны; наличие этих отступлений приводит к тому, что фронт волны постепенно размывается, крутизна его уменьшается. Очевидно, что отступления от гипотезы плоских сечений будут сказываться тем сильнее, чем больше отношение диаметра стержня к его длине. Влияние отклонений от второй гипотезы является, по-видимому, более существенным. Благодаря наличию неизбежных неровностей на торцах соударяющихся стержней контактное усилие возрастает не мгновенно, а в течение времени, которое требуется для того, чтобы сгладить эти неровности. Очевидно, что если это время того же порядка, что и время пробега волны деформации по стержню, то отклонения от волновой теории будут большими. Аналогично местным неровностям влияет и масляный слой между торцами соударяющихся стержней. Время смятия местных неровностей тем меньше, чем больше скорость соударения: вместе с тем время пробега волны деформации по стержню не зависит от скорости соударения. Поэтому отклонения от волновой теории продольного удара уменьшаются с увеличением скорости удара (если скорость удара не достигает значения, при котором появляются пластические деформации). Волновую теорию продольного удара можно применить для расчета удара по пружине, заменяя ее эквивалентным брусом. Интересно, что несмотря на приближенность такой замены, совпадение результатов экспериментов с расчетом здесь получается лучше, чем для стержней. По-видимому, это объясняется меньшей относительной ролью местных деформаций. Сен-Венан [77] развил также теорию изгибающего удара, учитывающую лишь общие деформации балки. Эта теория оказалась неудачной, так как она исходила из неверного предположения, что ударяющий груз остается все время в соприкосновении с балкой. Недостаточность как тех теорий, которые учитывают только местные деформации, но пренебрегают общими, так и тех, которые учитывают лишь общие и пренебрегают местными деформациями, заставила искать «синтетическую» теорию удара, которая зитывала бы местные и общие деформации. Для продольного удара такая теория была разработана Сирсом [84]. Рассматривая соударение стержней со сферическими концами, Сире предположил, что гипотеза плоских сечений справедлива для всего стержня, за исключением небольшого прилежащего к концу участка, в пределах которого напряженное состояние является резко неоднородным. Деформации участка, лежащего вблизи конца стержня, подсчитываются по формулам Герца, для расчета остальной части стержня используется волновая теория. Расчеты Сирса были подтверждены экспериментами. СП. Тимошенко [91] разработал аналогичную теорию, учитывающую как местные, так и общие деформации при изгибающем ударе [75], Как видно из сказанного выше, трудности связанные с теоретическим изучением процесса удара, заставляют вводить ряд упрощенных гипотез, в большинстве случаев значительно не подтверждающих в достаточной степени экспериментами, а все методы расчета процесса удара являются приближенными. В связи с этим следует признать, что ведущая роль в исследовании явлений, связанных с ударом твердых тел, принадлежит в настоящее время экспериментальным работам. Однако не следует полагать, что теоретические исследования по теории соударения должны быть отодвинуты на второй план. Необходимо совершенствовать методы теоретического исследования и стремиться поставить их на уровне требований, предъявляемых современным машиностроением [46]. В течение последних трех десятилетий ученые и инженеры проявляют повышенный интерес к решению проблем, связанных с процессом удара в твердых телах. Характерные примеры подобного нагружения могут быть найдены в областях, относившихся к проектированию режущих инструментов, литейного и машинного производств, артиллерийских устройств, защитных сооружений, при расчете на действие взрывных нагрузок, при авариях подвижного состава и во многих других случаях. Однако исследования явления удара ограничивались рассмотрением соударения тел, имеющих простую геометрию. Главной причиной этого являются значительные трудности, связанные с теоретическим изучением удара, а также несогласование теоретических и экспериментальных результатов. Это связано, в первую очередь, с влиянием различных упрощений, принятых при теоретических расчетах, в особенности с влиянием отклонений реальных и теоретических краевых условий и отклонений реальных механических свойств веществ соударяющихся тел от их абстрактных механических моделей, а также с изменением этих механических свойств, происходящих в процессе соударения. Соответственно, теория расчета на ударные нагрузки еще не достигла такого состояния, при котором могут быть четко сформулированы нормы расчета, основанные на аналитических рассуждениях, хотя значительное количество собранной информации может служить хорошей базой для окончательного создания подобных условий. Развитие современных высокоскоростных вычислительных машин, сокращающих процедуру численных методов, и достижения современных способов измерения, увеличивающих широту и надежность экспериментальных результатов, способствуют дальнейшему прогрессу исследований в этой области [24].