Нормальные напряжения при температурном изгибе составного стержня

Существующие методики расчета температурных напряжений в составных стержнях имеют определенные недостатки. Важность этих расчетов связана с безопасностью и эффективностью подобных инженерных конструкций в таких отраслях, как строительство, машиностроение, авиация. В статье представлено исследование поведения составных стержней при температурном воздействии с учетом деформации изгиба и условий возникновения максимальных нормальных напряжений. Проанализированы составные стержни, состоящие из двух различных металлов, сваренных между собой. Разработана методика расчета нормальных напряжений, учитывающая физико-механические характеристики материалов составных частей, такие как модуль упругости и коэффициент температурного линейного расширения. Выявлены собственные нейтральные слои каждого металлического стержня, что позволяет более точно определить распределение напряжений в составных стержнях. Приведен пример аналитического расчета нормальных напряжений, возникающих в стержне, состоящем из стальной и алюминиевой частей. Построены эпюры нормальных напряжений по высоте составных стержней. Дополнительно был проведен МКЭ-анализ составного стержня при температурном воздействии, реализованный с помощью ПК Ansys 2023 R2. Результаты численного исследования с высокой точностью подтвердили данные, полученные теоретическим путем. Результаты проведенного исследования имеют важное значение для практического использования при проектировании и конструировании подобных составных конструкций, обеспечивая инженерам более точные данные для анализа влияния температурных напряжений.

1. Тимошенко, С. П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек / С. П. Тимошенко. М.: Наука, 1971. 730 с.

2. Тимошенко, С. П. Прочность и колебание элементов конструкций / С. П. Тимошенко. М.: Наука, 1975. 704 с.

3. Harris, B. Engineering Composite Materials / Bryan Harris. London: The Institute of Materials, 1999. 193 p.

4. Подскребко, М. Д. Сопротивление материалов /М. Д. Подскребко. Минск: Выш. шк., 2007. 797 с.

5. Старовойтов, Э. И. Сопротивление материалов / Э. И. Старовойтов. Гомель: БелГУТ, 1999. 219 с.

6. Дудяк, А. И. Изгиб составных балок / А. И. Дудяк, В. М. Хвасько // Теоретическая и прикладная механика: междунар. науч.-техн. сб. / БНТУ; редкол.: Ю. В. Василевич (пред. редкол., гл. ред.). Минск: БНТУ, 2022. Вып. 36. С. 118–120.

7. Дудяк, А. И. Температурные напряжения в биметаллическом стержне / А. И. Дудяк, В. М. Хвасько // Теоретическая и прикладная механика: междунар. науч.-техн. сб. / БНТУ; редкол.: Ю. В. Василевич (пред. редкол., гл. ред.). Минск: БНТУ, 2022. Вып. 36. С. 139–142.

8. Khvasko, V. M. Study of Bending Deformations of a Two-Supported Beam Using Ansys 22.2 / V. M. Khvasko, H. M. S. H. Bandara // Информационные технологии в образовании, науке и производстве [Электронный ресурс]: материалы науч.-техн. интернет-конференции, Минск, 21–22 ноября 2022 г. / сост. М. Г. Карасёва. Минск: БНТУ, 2023. С. 191–195. https://rep.bntu.by/handle/data/127990.

9. Barbero, E.J. Finite Element Analysis of Composite Materials Using Ansys / Ever J. Barbero. 2nd edition. New York: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2014. 82 p.

10. Jayalin, D. Analysis of Composite Beam Using Ansys / D. Jayalin, Prince G. Arulraj, V. Karthika // International Journal of Research in Engineering and Technology. 2015. Volume 04, Special Issue 09. P. 11–15. https://ijret.org/volumes/2015v04/i21/IJRET20150421003.pdf.