NAZIV:
J2-9224, Večparametrično dinamično modeliranje plasovitih močno nehomogenih elastičnih struktur
OPIS:
Večslojne konstrukcije, ki se uporabljajo v sodobnih industrijskih aplikacijah in pri katerih so značilne zelo raznolike vrednosti snovnih in geometrijskih parametrov, so pogosto podvržene velikim dinamičnim obremenitvam, ki lahko drastično vplivajo na njihovo funkcionalnost. Iz tega spoznanja izhaja motivacija za razvoj prodornih specializiranih teorij in robustnih računalniških metod, ki temeljijo na sodobni večparametrični analizi in vključujejo natančne izračune ter kvalitativne interpretacije spektrov nihanj kot tudi pripadajočih polj pomikov in napetosti, kar je izredno pomembno tako za optimalno konstruiranje kot za preizkušanje konstrukcij brez porušitve. Doslej nimamo na razpolago nobenih matematično konsistentnih 2D teorij v obliki gibalnih enačb s pridruženimi robnimi pogoji, ki bi ustrezale opisu tankih elastičnih struktur z upoštevanjem dovolj velikih raznolikosti karakterističnih lastnosti posameznih plasti, kakršne se uporabljajo v visokotehnoloških rešitvah. Obravnava večplastnih struktur oziroma konstrukcij z raznolikimi lastnostmi plasti se obenem odraža v številnih izzivih pri numeričnem računanju dinamičnega odziva.
Osnovni cilj predlagane raziskave je izpeljava konsistentnih 2D modelov za večplastne, strogo nehomogene strukture oziroma konstrukcije. Takšen problem je zelo kompleksen, predstavlja velik izziv in terja razjasnitev analitičnih, računalniških in eksperimentalnih vidikov dinamičnega obnašanja konstrukcij s poudarkom na strižnem in upogibnem valovanju. V raziskavi bomo proučevali dinamično vedenje večplastnih elastičnih plošč z izrazito nehomogenimi lastnostmi. Obravnavali bomo štiri tipe visoko kontrastnih snovnih in geometrijskih parametrov plasti, kakršne se uporabljajo v sodobnih industrijskih aplikacijah, vključno z lahkimi sendvič strukturami. Na osnovi večparametrične analize originalnega 3D problema elastičnosti bomo za vsak tip kontrastnega scenarija izpeljali konsistentni 2D model plošče. Modeli bodo sestavljeni iz gibalnih enačb in pripadajočih robnih pogojev, dobljenih s posplošitvijo konvencionalnega Saint-Venantovega principa. Ti modeli podpirajo razen upogibnih načinov nihanja tudi najnižje strižne načine nihanja z majhnimi mejnimi frekvencami. Predlagane formulacije dinamičnega obnašanja plošč bodo preverjene s pomočjo izračunov z uporabo MKE ter vizualno prikazane na osnovi eksperimentov.
Faze projekta in njihova realizacija
Delovni sklop 1: Razvoj analitičnih modelov Delovni sklop 1 se osredotoča na formulacijo analitičnega modela, zlasti na izpeljavo 2D konsistentnih gibalnih enačb, na posplošitev Saint-Venant-ovega načela, ki upošteva nizkofrekvenčno dinamiko izrazito kontrastnih laminatov in na postavitev ustrezno utemeljenih robnih pogojev, ki temeljijo na posplošenem Saint-Venant-ovem načelu. Obravnavali bomo več praktično pomembnih sestavov laminatov s kontrastnimi lastnostmi. Delovni sklop 2: Uporaba analitičnih modelov za reševanje posebnih dinamičnih problemov
Delovni sklop 2 je usmerjen v analitično izvedbo dobljenih teoretičnih rezultatov za stacionarno stanje in prehodne dinamične probleme, vključno z lastnimi frekvencami troslojnega traku končne dolžine, lastnimi frekvencami asimetričnih vibracij krožne troslojne plošče, širjenjem prehodnega valovanja v polneskončnem troslojnem traku, ki je izpostavljen robni udarni obremenitvi. Izvedli bomo tudi primerjavo z analitičnimi in numeričnimi rešitvami iz literature.
Delovni sklop 3: Numerična validacija razvitih modelov Delovni sklop 3 se nanaša na 3D MKE analizo stacionarnega stanja končnega troslojnega izrazito kontrastnega traku in krožnih troslojnih plošč s prostimi in vpetimi robovi. Lastne frekvence in lastne oblike, dobljene z MKE analizo, bomo primerjali z analitičnimi rešitvami, dobljenimi v okviru delovnega sklopa 2. To bo v celoti potrdilo aproksimativno teorijo, razvito v delovnem sklopu 1.
Delovni sklop 4: Eksperimentalna vizualizacija za kontrastne plastovite strukture oz. konstrukcije Zadnji, četrti delovni sklop (WP4) je povezan z eksperimentalno vizualizacijo lastnih frekvenc krožnih troslojnih vzorcev za izbrane tipe kontrastnosti struktur, da bi dokazali prisotnost dveh neodvisnih nizkofrekvenčnih spektrov v primeru izrazitega kontrasta. Izvedli bomo primerjavo eksperimentalnih podatkov z numeričnimi in analitičnimi rezultati, dobljenimi v delovnih sklopih 2 in 3.
Osnovni cilj predlagane raziskave je izpeljava konsistentnih 2D modelov za večplastne, strogo nehomogene strukture oziroma konstrukcije. Takšen problem je zelo kompleksen, predstavlja velik izziv in terja razjasnitev analitičnih, računalniških in eksperimentalnih vidikov dinamičnega obnašanja konstrukcij s poudarkom na strižnem in upogibnem valovanju. V raziskavi bomo proučevali dinamično vedenje večplastnih elastičnih plošč z izrazito nehomogenimi lastnostmi. Obravnavali bomo štiri tipe visoko kontrastnih snovnih in geometrijskih parametrov plasti, kakršne se uporabljajo v sodobnih industrijskih aplikacijah, vključno z lahkimi sendvič strukturami. Na osnovi večparametrične analize originalnega 3D problema elastičnosti bomo za vsak tip kontrastnega scenarija izpeljali konsistentni 2D model plošče. Modeli bodo sestavljeni iz gibalnih enačb in pripadajočih robnih pogojev, dobljenih s posplošitvijo konvencionalnega Saint-Venantovega principa. Ti modeli podpirajo razen upogibnih načinov nihanja tudi najnižje strižne načine nihanja z majhnimi mejnimi frekvencami. Predlagane formulacije dinamičnega obnašanja plošč bodo preverjene s pomočjo izračunov z uporabo MKE ter vizualno prikazane na osnovi eksperimentov.
Faze projekta in njihova realizacija
Delovni sklop 1: Razvoj analitičnih modelov Delovni sklop 1 se osredotoča na formulacijo analitičnega modela, zlasti na izpeljavo 2D konsistentnih gibalnih enačb, na posplošitev Saint-Venant-ovega načela, ki upošteva nizkofrekvenčno dinamiko izrazito kontrastnih laminatov in na postavitev ustrezno utemeljenih robnih pogojev, ki temeljijo na posplošenem Saint-Venant-ovem načelu. Obravnavali bomo več praktično pomembnih sestavov laminatov s kontrastnimi lastnostmi. Delovni sklop 2: Uporaba analitičnih modelov za reševanje posebnih dinamičnih problemov
Delovni sklop 2 je usmerjen v analitično izvedbo dobljenih teoretičnih rezultatov za stacionarno stanje in prehodne dinamične probleme, vključno z lastnimi frekvencami troslojnega traku končne dolžine, lastnimi frekvencami asimetričnih vibracij krožne troslojne plošče, širjenjem prehodnega valovanja v polneskončnem troslojnem traku, ki je izpostavljen robni udarni obremenitvi. Izvedli bomo tudi primerjavo z analitičnimi in numeričnimi rešitvami iz literature.
Delovni sklop 3: Numerična validacija razvitih modelov Delovni sklop 3 se nanaša na 3D MKE analizo stacionarnega stanja končnega troslojnega izrazito kontrastnega traku in krožnih troslojnih plošč s prostimi in vpetimi robovi. Lastne frekvence in lastne oblike, dobljene z MKE analizo, bomo primerjali z analitičnimi rešitvami, dobljenimi v okviru delovnega sklopa 2. To bo v celoti potrdilo aproksimativno teorijo, razvito v delovnem sklopu 1.
Delovni sklop 4: Eksperimentalna vizualizacija za kontrastne plastovite strukture oz. konstrukcije Zadnji, četrti delovni sklop (WP4) je povezan z eksperimentalno vizualizacijo lastnih frekvenc krožnih troslojnih vzorcev za izbrane tipe kontrastnosti struktur, da bi dokazali prisotnost dveh neodvisnih nizkofrekvenčnih spektrov v primeru izrazitega kontrasta. Izvedli bomo primerjavo eksperimentalnih podatkov z numeričnimi in analitičnimi rezultati, dobljenimi v delovnih sklopih 2 in 3.
TRAJANJE:
2018/07/01 - 2021/06/30
FINANCIRANJE:
ARRS
VEČ:
