Деформування різьбових з’єднань метал – композит під дією газодинамічних навантажень

Анотація

Поєднання металу й композиту в різьбових з’єднаннях підвищує надійність конструкції, що працює в умовах впливу інтенсивного внутрішнього тиску. Аналіз міцності різьбових з’єднань метал – композит на основі застосування сучасних методів скінченно-елементного моделювання на стадії розроблення проєктної документації дає змогу створювати більш ефективні конструкції, які краще відповідають експлуатаційним вимогам. У цій публікації представлено результати аналізу міцності різьбових з’єднань циліндричних оболонок із композитного матеріалу й металу, що перебувають під дією газодинамічного внутрішнього тиску. Запропонована методика чисельного дослідження задачі в програмному комплексі Ansys / Explicit Dynamics. Використовується деталізоване моделювання різьбових з’єднань. Розроблена модель враховує: залежність властивостей матеріалів від температури довкілля; нелінійний зв’язок між компонентами тензорів напружень і деформацій у металевих елементах, ортотропні властивості композитних матеріалів; особливості контактної взаємодії в зонах різьбових з’єднань елементів збірної оболонки з різного матеріалу. Досліджено напружений стан циліндричної конструкції з центральною оболонкою з вуглепластику або зі склопластику та зі сталевими оболонками по краях, навантаженої газодинамічним внутрішнім тиском із максимальним значенням 20 МПа за максимальної температури навколишнього середовища 100 °С. Отримано, що пластичні деформації зосереджені на краях різьбових з’єднань сталевих оболонок. При цьому величина пластичних деформацій з’єднання з внутрішньою металевою оболонкою на порядок вища, ніж для з’єднання із зовнішньою металевою оболонкою. Величина пластичних деформацій у з’єднанні з внутрішньою металевою оболонкою при використанні склопластику вдвічі менша, ніж у випадку використання вуглепластику. Локалізація критичних напружень спостерігалася тільки в металевих оболонках біля різьбових з’єднань. При цьому в зоні різьби вони в межах пружності, а напружений стан склопластикової оболонки не є критичним. Локального руйнування матеріалу в конструкції не спостерігалося.