Ocena wpływu efektów nieliniowych w projektowaniu kompozytowych zbiorników ciśnieniowych
Autor
Fugiel, Tomasz
Promotor
prof. zw. dr hab. inż. Aleksander Muc
Data wydania
2004
Wydawca
[s.n.]
Język
polski
Abstrakt
W pracy przedstawiono problematykę opisu nieliniowości geometrycznych i fizycznych występujących w materiałach kompozytowych w ujęciu numerycznym i analitycznym. Efekty nieliniowości badano na przykładzie elementów ciśnieniowego zbiornika kompozytowego. Szczególną uwagę zwrócono na budowę modeli numerycznych poszczególnych elementów zbiornika z wykorzystaniem pakietu MES - NISA II. Przeprowadzono także badania doświadczalne ściskanych paneli cylindrycznych. Wyniki porównano z wielkościami otrzymanymi z analizy numerycznej. Otrzymano dużą zgodność z wynikami analizy FE. Stosowane modele numeryczne 2 - D i 3 - D oraz zaprezentowana metodyka badań, zostały wykorzystane do analizy i opisu form zniszczenia konstrukcji kompozytowych takich jak belki, płyty i powłoki cylindryczne. Rozważano globalną utratę stateczności i zniszczenie w sensie LPF (Last - Ply - Failure). Odrębną grupę zagadnień, związaną bezpośrednio z efektami nieliniowymi, stanowi problem współpracy zbiornika kompozytowego z podporą siodłową. W rozprawie podano ogólne sformułowanie tego problemu oraz przedstawiono rozwiązania konkretnych przykładów numerycznych w zakresie analizy osiowosymetrycznej i płaskiego stanu naprężeń. Badano wpływ geometrii zbiornika i podpór na rozkład odkształceń. Dokonano optymalizacji połączenia cylindrów (części walcowej zbiornika z króćcem), otrzymując w efekcie końcowym optymalną grubość wzmocnienia. W zagadnieniu optymalizacji uwzględniono nieliniowe zależności fizyczne, pozwalające na znaczące zmniejszenie koncentracji naprężeń powstających na połączeniu płaszczy cylindrycznych. Przedstawione wyniki badań wyraźnie wskazują na konieczność uwzględnienia efektów nieliniowych (geometrycznych i fizycznych) w procesie projektowania ciśnieniowego zbiornika kompozytowego. Właściwa analiza nieliniowa dla materiałów kompozytowych, jest nie tylko podyktowana względami czysto naukowymi, lecz także ekonomicznymi (zmniejszenie zużycia materiału) - analiza konstrukcji tylko w zakresie sprężystym prowadzi do jej przewymiarowywania.
