Forced oscillations of a three-layer plate in an unsteady temperature field

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The effect of a constant intensity heat flux on forced oscillations of a circular three-layer plate with an asymmetric thickness is investigated. The plate is thermally insulated along the contour and the lower plane. An approximate solution of the thermal conductivity problem was used, obtained by averaging the thermophysical parameters of the materials of the layers over the thickness of the package. According to the Neumann hypothesis, free plate oscillations caused by an instantaneous drop in heat flow are summed up with forced oscillations from the power load. The deformation of the plate package corresponds to the polyline hypothesis. In relatively thin outer bearing layers, Kirchhoff's hypotheses are valid. In sufficiently thick incompressible filler, the deformed normal retains straightness and length, but rotates by an additional angle. The formulation of the corresponding initial boundary value problem includes the equations of motion obtained using the d'Alembert principle and the variational Lagrange method. The initial conditions are assumed to be homogeneous, the contour of the plate is pivotally supported. The analytical solution of an inhomogeneous system of partial differential equations is obtained using the method of expansion into a series according to a system of proper orthonormal functions. As a result, analytical expressions are written out for three desired functions – plate deflection, shear and radial displacement in the filler. An example of oscillations under the action of an instantaneously applied uniformly distributed load is considered. A numerical parametric analysis of the natural oscillation frequencies and the resulting solution depending on the intensity of the heat flux for a plate with layers of titanium alloy, fluoroplast-4, and duralumin is given.

Sobre autores

Eduard Starovoitov

Belarusian State University of Transport

Email: edstar0@yandex.by
ORCID ID: 0000-0002-2550-5377
Código SPIN: 3890-2740
Scopus Author ID: 6701710375
Researcher ID: X-4050-2019
34 Kirova St., Gomel 246653, Belarus

Denis Leonenko

Belarusian State University of Transport

Autor responsável pela correspondência
Email: leoden@tut.by
ORCID ID: 0000-0001-8003-9279
Código SPIN: 6686-0799
34 Kirova St., Gomel 246653, Belarus

Bibliografia

  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

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML


Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».