Mathematical modeling of static deformation of a layered construction with incompressible layers | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2018. № 55. DOI: 10.17223/19988621/55/7

Mathematical modeling of static deformation of a layered construction with incompressible layers

This paper presents a mathematical model of static deformation of a layered medium with alternating layers of different stiffness. The proposed regularization of the problem is implemented using the parameter inverse to the volume compressibility modulus. The obtained numerical results are compared with analytical solution to verify a numerical algorithm convergence. The problem of stress-strain state calculation in a thick-walled pipe under internal pressure is considered as a test problem. Test problem solution is obtained applying the proposed methodology using regularization parameters corresponding to the Poisson ratio of 0.35, 0.45, and 0.49. The problem with compressible medium is also solved at the Poisson ratio of 0.49 and 0.499. The grid convergence of the problem solution is analyzed and the relative error is calculated. When considering the calculations obtained for compressible media at the Poisson ratio equal to 0.49, the relative error as regard to analytical solution exceeds an acceptable level, and when the ratio is of 0.499 for coarse meshes, the calculated results are different from analytical data. When using the proposed approach with regularization parameters corresponding to a range of Poisson ratio from 0.35 up to 0.45, the numerical solution is stable and the error obtained for calculated displacements, stresses, and strains for any kind of grid is less than 0.5%. Thus, in this paper, the rational value of regularization parameter is determined and the special approach that can be used to solve real technical problems is proposed.

Download file
Counter downloads: 198

Keywords

слоистые тела вращения, упругость, дискретная схема, несжимаемость, регуляризация, сходимость, layered bodies of revolution, elasticity, discrete scheme, incompressibility, regularization, convergence

Authors

NameOrganizationE-mail
Vyachkin Evgeniy S.Novokuznetsk Institute (Branch) of Kemerovo State Universityviachkine@mail.ru
Kaledin Valeriy O.Novokuznetsk Institute (Branch) of Kemerovo State Universityvkaled@mail.ru
Reshetnikova Elena V.Novokuznetsk Institute (Branch) of Kemerovo State Universityelenares@yandex.ru
Vyachkina Elena A.Novokuznetsk Institute (Branch) of Kemerovo State UniversitySedovaEA@yandex.ru
Gileva Anna E.Novokuznetsk Institute (Branch) of Kemerovo State Universityanna310591@yandex.ru
Всего: 5

References

Рекомендации по проектированию и установке полимерных опорных частей мостов. М.: Росавтодор, 2008. 89 с.
Петренко В.И. Управляемые энергетические установки на твердом ракетном топливе. М.: Машиностроение, 2003. 464 с.
Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1980. 375 с.
Мальков В.М. Механика многослойных эластомерных конструкций. СПб.: СПбГУ, 1998. 320 с.
Димитриенко Ю.И., Царёв С.М., Веретенников А.В. Разработка метода конечных элементов для расчета конструкций из несжимаемых материалов с большими деформациями // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2007. № 3. С. 69-83.
Бате К.-Ю. Методы конечных элементов. М: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 1024 с.
Ощепков А.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния эластичного опорного шарнира поворотного управляющего сопла ракетного двигателя твердого топлива в программном комплексе Ansys Workbench // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2016. Т. 1. С. 116-118.
Трусделл К. Первоначальный курс рациональной механики сплошных сред. М.: Мир, 1975. 592 с.
Коробейников С.Н. Нелинейное деформирование твердых тел. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 262 с.
Пелевин А.Г., Свистков А.Л. Алгоритм поиска констант для модели механического поведения резины // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2009. № 1. С. 85-92.
Немировский Ю.В., Янковский А.П. Численное моделирование нелинейно-наследственного поведения пространственно-армированных композитных сред // Изв. Алтайского государственного университета. 2012. № 1-1. С. 103-106.
Mooney M. A theory of large elastic deformation // J. Appl. Phys. 1940. V. 11. P. 582-592.
Трелоар Л.Р.Г. Физика упругости каучука: пер. с англ. под ред. Е.В. Кувшинского. М.: ИИЛ, 1953. 240 с.
Жуков Б.А. Нелинейное взаимодействие конечного продольного сдвига и конечного кручения втулки из резиноподобного материала // Изв. Российской академии наук. Механика твердого тела. 2015. № 3. С. 127-135.
Колпак Е.П. Полый цилиндр из несжимаемого материала при больших деформациях // Нелинейные проблемы механики и физики деформируемого твердого тела. - Труды научной школы академика В.В. Новожилова. 1998. № 1. С. 96-117.
Акчурин Т.Р., Мальков В.М. Теоретическое и экспериментальное исследование кручения эластомерного цилиндрического шарнира // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2004. № 1. С. 73-80.
Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.: Мир, 1976. 465 с.
Вячкин Е.С., Решетникова Е.В., Аульченко С.М., Рябков А.П., Вячкина Е.А. Однопара-метрическая модель деформирования слоистых структур, содержащих объемно-несжимаемые слои // Научно-технический вестник Поволжья. 2016. № 6. С. 120-123.
Каледин В.О., Решетникова Е.В., Равковская Е.В. Алгоритм расчета напряжений в упругой среде с внутренними кинематическими связями // Численные методы решения задач теории упругости и пластичности. Материалы XXIV Всероссийской конференции. Новосибирск, 2015. С. 64-66.
Каледин В.О. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Среда функционально-объектного программирования «Алгозит» // Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ, 06 марта 2017, № 2017612895.
Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988. 712 с.
 Mathematical modeling of static deformation of a layered construction with incompressible layers | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2018. № 55. DOI: 10.17223/19988621/55/7

Mathematical modeling of static deformation of a layered construction with incompressible layers | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2018. № 55. DOI: 10.17223/19988621/55/7

Download full-text version
Counter downloads: 526