Прикладная механика композитов

Рис. 10 График приведенной закритической прочности пластин с одной свободной кромкой. Материал A-S/3501-6. укладки: ф [±45/0з/90Ь, □ [±45/90/0з]*. Материал Т-300/5208, укладка О [45/0/—45/90]2*.

Экспериментальные и расчетные (по классической тео­ рии) критические нагрузки для образцов с различным b/t сопоставлены на рис. 9. Как видно, расчет хорошо описывает экспериментальные данные вплоть до b/t « 33, после чего экспериментальная критическая нагрузка возрастает по срав­ нению с расчетной. Причина этого явления пока не установ­ лена. Рассмотренные экспериментальные данные относятся к образцам, выдержавшим усталостное нагружение в закрити­ ческой области нагрузок. Уровень закритической прочности пластин с одной свободной кромкой наглядно демонстри­ руется на рис. 10, где по оси ординат отложено отношение максимальной закритической нагрузки к критической, а по оси абсцисс — отношение прочности при сжатии к закрити­ ческой прочности. Величины порядка 4 ч- 5 по ординате не являются необычными; они лишь наглядно показывают, ка­ кой ценой оплачивается критическое проектирование.

Эмпирическая кривая нагрузок закритического локаль­ ного разрушения, построенная обычным образом, приведена на рис. 11. Все точки относятся к пластинам A-S/3501-6 с одной кромкой, опертой при помощи блока с V-образной канавкой. Часть образцов прошла предварительные уста­ лостные испытания (105 циклов) в закритической области нагрузок. Граничные условия в этих экспериментах были

Рис. 11. График приведенной закритической прочности пластин с одной свободной кромкой. Образцы, О, О предварительно выдержали 105 цик­

близки к свободному опиранию, поскольку опертая кромка оставалась фактически прямой во всем цикле нагружения вплоть до начала закритического локального разрушения. Однако в закритич-еском диапазоне нагрузок и вдоль ненагруженной кромки развиваются мембранные напряжения, а не трансверсальные.

1.3.2. ПОДКРЕПЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ШВЕЛЛЕРНОГО ПРОФИЛЯ

Эксперименты с подкрепляющими элементами как швел­ лерного, так и рассмотренного в следующем разделе Z-образ- ного профиля ограничены образцами, у которых ширина обеих полок одинакова. Наличие полок разной ширины еще на одну ступень увеличивает сложность задачи, что не было предусмотрено данной программой. Как и рассмотренные плоские пластины, швеллерные (и Z-образные) профили про­ ектировались так, чтобы закритическая прочность была мак­ симальной; следовательно, в проекте конкретные изделия не рассматривались.

Сечения швеллерных профилей [ 17] показаны на рис. 12. Сечения образцов 12 и 13 являются критическими с точки зрения потери устойчивости стенки, как и включенные в сводку данных табл. 5 образцы, описанные в работе [14].

Таблица 9. Результаты испытаний ш веллерных профилей [17]

сжатие на работающих элементов, Устойчивость

(f)— п р о ф и л ь с м и н и м а л ь н о й к р и т и ч е с к о й н а г р у з к о й п о т е р и у с т о й ч и в о с т и п о л к и ; (ш ) — п р о ф и л ь с м и н и м а л ь н о й к р и т и ч е с к о й н а г р у з к о й п о т е р н у с т о й ч и в о с т и с т е н к и .

* В и з у а л ь н а я ф и к с а ц и я м о м е н т а п о т е р и у с т о й ч и в о с т и . ** Н е к а ч е с т в е н н ы й э к с п е р и м е н т , п р и ч и н а н е у с т а н о в л е н а .

шения образцов 11-S1 и 11-S2. В этой области нагружения происходит увеличение на одну числа полуволн потерявшей устойчивость полуплоскости. Процесс происходит с большой скоростью и сопровождается громким хлопком. Не установ­ лено, почему аналогичное явление не наблюдалось у образца 11-S2. Усталостные испытания показали, что максимальная

отвечающей изменению числа полуволн. Интересно, что при статическом нагружении

того же образца изменение числа полуволн выпучивания про­ изошло при нагрузке, меньшей 8,0-103 фунт. Жесткость на­ гружающего устройства и рамы машины MTS для усталост­ ных испытаний значительно ниже жесткости машины TiniusOlsen для статического нагружения. Различие этих характеристик может, по-видимому, объяснить отсутствие корреля­ ции по нагрузкам, соответствующим изменению числа по­ луволн.

Типичные кривые нагружения образцов серии 12 пока­ заны на рис. 16. Как видно, в этом случае оба образца по­ казали по существу одинаковые критические и максимальные закритические нагрузки. Образец 12-F2 выдержал 105 цик­

7,0* 103 фунт, после чего дефектоскопия, а также визуальное обследование выявили небольшой участок расслоения у сво­ бодной кромки. Однако статическое нагружение не обнару­ жило его влияния на критическую или максимальную закритическую нагрузки по сравнению с образцами 12-S1 и 12-S2. Максимальная нагрузка усталостного цикла на 49 % превы­ шала критическую. Образец 12-F1 разрушился при 2320 цик­

10,0-103 фунт. Этот образец после потери несущей способ­ ности показан на рис. 18.

Обобщающий график результатов испытаний швеллерных профилей [17] в координатах нагрузка — отношение b[/bw приведен на рис. 19, где изменение критической и максималь­ ной закритической нагрузок показано осредняющими кри­ выми, проведенными через экспериментальные точки. Там же приведены средние геометрические характеристики сече­ ний, соответствующих приведенным группам эксперименталь­ ных точек. Из рис. 19 ясно следует, что образцы с отноше­ нием bf/bw, меньшим 0,3, обнаруживают наилучшие крити­ ческие и закритические характеристики. Однако из этого от­ нюдь не следует, что подкрепляющие элементы жесткости с таким же отношением bf/bw окажутся наилучшими для подкрепления сжимаемых панелей. Найти оптимальное зна­ чение bf/bw можно, используя методы анализа поведения ко­ ротких стержней (включая эффекты крутильной неустойчиво­ сти). Учет влияния поля растягивающих напряжений, вызван­ ного действием любых сдвиговых нагрузок, еще более услож­ нит проведение анализа.

На рис. 19 приведены также точки, соответствующие об­ разцам 9-F1, 11-F1 и 12-F2, подвергнутым предварительному усталостному нагружению (105 циклов). Заметим, что кри­ тические и максимальные закритические нагрузки этих об­ разцов не выпадают за осредненные кривые более чем на величину разброса всех приведенных на рисунке результатов. Кроме того, максимальная закритическая нагрузка образцов после усталостного нагружения не ниже, чем у контрольных образцов, хотя критическая нагрузка начальной потери устой­ чивости немного ниже. Следовательно, полученные резуль­ таты позволяют заключить, что в швеллерных профилях, про­ шедших усталостные испытания без исчерпания несущей спо­ собности, циклическое нагружение не вызывает значитель­ ных внутренних повреждений. Это утверждение, вероятно, справедливо для швеллерных профилей других типов, у ко-