Рассматривается задача о деформировании под действием равномерного давления круговой пластины, сопряженной с массивным основанием, при этом условие сопряжения пластины с основанием моделируется использованием граничных условий типа обобщенной упругой заделки, т. е. связи изгибающего момента и усилий на краю пластины со смещениями и углом поворота посредством матрицы податливости. Основной целью работы является исследование влияния упругости заделки на упругий отклик пластины. Решение задачи получено в постановке линейной теории пластин, теории мембран в приближении однородности продольных усилий и теории Феппля - фон Кармана, также в приближении предположения однородности продольных усилий. Значения коэффициентов матрицы податливости получены с помощью метода конечных элементов для вспомогательной задачи и сравнены со значениями коэффициентов, полученных для близких задач аналитическими методами. Численные результаты получены для пластины из алюминия на кремниевом основании. Проведено сравнение полученного решения с решением, полученным для условия жесткой заделки для всех трех использованных моделей. Показано, что в случае больших прогибов (несколько толщин пластины) учет податливости заделки становится существенным.
Идентификаторы и классификаторы
При моделировании тонкостенных элементов конструкций, сопряженных с массивными телами, тонкостенные элементы удобно моделировать в рамках различных двумерных или одномерных моделей: пластин, оболочек, балок. При этом в качестве граничных условий обычно используют условие жесткого защемления, оправдывая это «массивностью» тел, с которыми рассматриваемые тонкостенные элементы сопрягаются. Однако более детальное рассмотрение показывает, что условие жесткого защемления выполняется лишь приближенно, и что более точными являются условия упругой заделки, когда кинематические параметры — компоненты смещения средней плоскости и углы поворота связываются с силовыми параметрами — продольными и поперечными усилиями и изгибающими моментами посредством матрицы податливости.
Список литературы
1. Cotterell B., Chen Z. Buckling and cracking of thin film on compliant substrates under compression // International Journal of Fracture. 2000. Vol. 104, Issue 2. Pp. 169-179. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1007628800620. EDN: AGFFWB
2. Yu H.-H., Hutchinson J.W. Influence of substrate compliance on buckling delamination of thin films // International Journal of Fracture. 2002. Vol. 113. Pp. 39-55. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1013790232359. EDN: ASQNQV
3. Li S., Wang J., Thouless M.D. The effects of shear on delamination in layered materials // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2004. Vol. 52, Issue 1. Pp. 193-214. DOI: 10.1016/S0022-5096(03)00070-X EDN: EUPKTJ
4. Andrews M., Massabo R., Cox B. Elastic interaction of multiple delaminations in plates subject to cylindrical bending // International Journal of Solids and Structures. 2006. Vol. 43, Issue 5. Pp. 855-886. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2005.04.025 EDN: KETUUB
5. Andrews M., Massabo R. The effects of shear and near tip deformations on energy release rate and mode mixity of edge-cracked orthotropic layers // Engineering Fracture Mechanics. 2007. Vol. 74, Issue 17. Pp. 2700-2720. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2007.01.013
6. Ustinov K.B. On shear separation of a thin strip from the half-plane // Mechanics of Solids. 2014. Vol. 49, Issue 6. Pp. 713-724. DOI: 10.3103/S0025654414060132 EDN: UZXCJZ
7. Ustinov K.B. On separation of a layer from the half-plane: elastic fixation conditions for a plate equivalent to the layer // Mechanics of Solids. 2015. Vol. 50, Issue 1. Pp. 62-80. DOI: 10.3103/S0025654415010070 EDN: UFLUFD
8. Begley M.R., Hutchinson J.W. The Mechanics and Reliability of Films, Multilayers and Coatings. Cambridge: Cambridge University Press, 2017. 288 p. DOI: 10.1017/9781316443606 EDN: YJGKZN
9. Thouless M.D. Shear forces, root rotations, phase angles and delamination of layered materials // Engineering Fracture Mechanics. 2018. Vol. 191. Pp. 153-167. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2018.01.033
10. Barbieri L., Massabo R., Berggreen C. The effects of shear and near tip deformations on interface fracture of symmetric sandwich beams // Engineering Fracture Mechanics. 2018. Vol. 201. Pp. 298-321. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2018.06.039
11. Massabo R., Ustinov K.B., Barbieri L., Berggreen C. Fracture mechanics solutions for interfacial cracks between compressible thin layers and substrates // Coatings. 2019. Vol. 9, Issue 3. P. 152. DOI: 10.3390/coatings9030152 EDN: JCMKCP
12. Ustinov K.B. On semi-infinite interface crack in bi-material elastic layer // European Journal of Mechanics - A/Solids. 2019. Vol. 75. Pp. 56-69. DOI: 10.1016/j.euromechsol.2019.01.013 EDN: HYREHX
13. Monetto I., Massabo R. An analytical beam model for the evaluation of crack tip root rotations and displacements in orthotropic specimens // Frattura ed Integrita Strutturale. 2020. Vol. 14, No. 53. Pp. 372-393. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.53.29 EDN: YPGNTX
14. Ustinov K., Massabo R. On elastic clamping boundary conditions in plate models describing detaching bilayers // International Journal of Solids and Structures. 2022. Vol. 248. P. 111600. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2022.111600 EDN: UKKNZI
15. Ustinov K.B. On influence of substrate compliance on delamination and buckling of coatings // Engineering Failure Analysis. 2015. Vol. 47. Pp. 338-344. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.09.022 EDN: UEGNBZ
16. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. Москва: Наука, 1967. 984 c. URL: https://dwg.ru/dnl/4808?ysclid=lsmvpbywto225676829.
17. Бауэр С.М., Воронкова Е.Б. Влияние условий закрепления на появление несимметричных форм равновесия у круглых пластин под действием нормального давления // Журнал Белорусского государственного университета. Сер.: Математика. Информатика. 2020. № 1. С. 38-46. DOI: 10.33581/2520-6508-2020-1-38-46
18. Vogt F. Uber die Berechnung der Fundamentdeformation Avhandlinger utgitt av det Norske Videnskaps. Akademii Oslo: Matematisk-naturvidenskapelig klasse. 1925. 35 p.
19. Weber C. The Deformation of Loaded Gears and the Effect on Their Load Carrying Capacity // Department of Scientific and Industrial Research, Sponsored Research, Germany. Report 3, Part I, England. 1949.
20. O’Donnell W.J. The additional deflection of a cantilever due to the elasticity of the support // Journal of the Applied Mechanics. 1960. Vol. 27, Issue 3. Pp. 461-464. DOI: 10.1115/1.3644025
21. O’Donnell W.J. Stresses and Deflection in Built-Up Beams. // Journal of Engineering for Industry. 1963. Vol. 85, № 3. Pp. 265-273. DOI: 10.1115/1.3669856
22. Brown J.M., Hall A.S. Bending Deflection of a Circular Shaft Terminating in a Semi-Infinite Body. // Journal of Applied Mechanics. 1962. Vol. 29, Issue 1. Pp. 86-90. DOI: 10.1115/1.3636503
23. Small N.C. Bending of a Cantilever Plate Supported From an Elastic Half Space // Journal of Applied Mechanics. 1961. Vol. 28. Pp. 387-394.
24. Nanofabrication: Nanolithography techniques and their applications. Editor Jose Maria De Teresa. Bristol, England: IOP Publishing Ltd. 2020. 450 p. DOI: 10.1088/978-0-7503-2608-7
25. Салащенко Н.Н., Чхало Н.И., Дюжев Н.А. Безмасочная рентгеновская литография на основе МОЭМС и микрофокусных рентгеновских трубок // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2018. № 10. С. 10-20. DOI: 10.1134/S0207352818100165 EDN: YMTFET
26. Silverman J.P. Challenges and progress in X-ray lithography // Journal of Vacuum Science & Technology B. 1998. Vol. 16, Issue 6. Pp. 31-37. DOI: 10.1116/1.590452
27. Vladimirsky Y., Bourdillon A., et al. Demagnification in proximity X-ray lithography and extensibility to 25 nm by optimizing Fresnel diffraction // Journal of Physics D: Applied Physics. 1999. Vol. 32, Issue 22. Pp. 114-118. DOI: 10.1088/0022-3727/32/22/102 EDN: AYNWIR
28. Cheng Y.L., Li M.L., Lin J.H., Lai J.H, Ke C.T., and Huang Y.C. Development of dynamic mask photolithography system // Proceedings of the IEEE International Conference on Mechatronics (ICM’05). 2005. Pp. 467-471. DOI: 10.1109/ICMECH.2005.1529302
29. Лычев С.А., Дигилов А.В., Пивоваров Н.А. Изгиб кругового диска. От цилиндра к ультратонкой мембране // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2023. Т. 29, № 4. С. 77-105. DOI: 10.18287/2541-7525-2023-29-4-77-105 EDN: BLEREI
30. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. Москва: Государственное издательство физико-математической литературы. 1963. 635 с. URL: https://dl.booksee.org/genesis/794000/f679d6f7228f673194bd1e69961a5405/_as/[S._P._TIMOSHENKO_i_S._VOINOVSKY-KRIGER]_Voinovsky(BookSee.org).pdf.
31. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Т. 1 / В.И. Анурьев; 8-е изд., перераб и доп.; под ред. И.Н. Жестковой. Москва: Машиностроение. 2001. 34 с. URL: https://www.servotechnica.spb.ru/library/BOOKS/Anurev?ysclid=lsmzst00yj406639767.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В статье разработана модель нативного спектра поглощения культуры красной морской водоросли Porphyridium purpureum. Математическая модель каждого пигмента представляет сумму кривых Гаусса. Для нивелирования светорассеяния спектры культуры фиксировались на спектрофотометре с интегрирующей сферой. Для верификации модели проводилась серия параллельных измерений концентрации фотосинтетических пигментов стандартными биохимическими методиками и методом кривых Гаусса. Показано, что предлагаемая модель с достаточной точностью позволяет определить концентрацию основных фотосинтетических пигментов культуры Porphyridium purpureum, не вмешиваясь в процессы ее роста.
Найдена точная динамика модели, состоящей из двух двухуровневых атомов, взаимодействующих с модой электромагнитного поля идеального резонатора посредством вырожденных рамановских переходов, для когерентного и теплового состояний поля. Точное решение использовано для расчета атом-атомной отрицательности. Показано, что для сепарабельных начальных состояний атомов их взаимодействие с полем резонатора не приводит к возникновению атом-атомного перепутывания. Найдено, что для белловских начальных состояний атомов в случае когерентного поля резонатора имеет место эффект мгновенной смерти перепутывания для больших средних значений числа фотонов, в то время как для теплового шума указанный эффект отсутствует для любых интенсивностей резонаторного поля
В статье рассмотрено рождение J/ψ и ψ′ мезонов в рамках нерелятивистской квантовой хромодинамики и обобщенной партонной модели. Из имеющихся экспериментальных данных (√s =200 ГэВ и √s = 19.4 ГэВ) по рождению этих состояний чармония извлечены октетные непертурбативные матричные элементы и средние значения квадратов поперечных импульсов начальных партонов, которые далее использованы для предсказания сечения рождения неполяризованных чармониев и поляризации J/ψ и ψ′ при энергии √s = 27 ГэВ ускорителя NICA.
В данной статье мы исследовали динамику систем двух и трех идентичных кубитов, резонансно взаимодействующих с выделенной модой общего теплового поля резонатора без потерь. Нами найдено решение квантового временного уравнения Лиувилля для различных трех- и двухкубитных перепутанных состояний кубитов. На основе указанных решений проведено вычисление критерия перепутанности кубитов - степени совпадения. Результаты численного моделирования степени совпадения показали, что увеличение среднего числа фотонов в моде приводит к уменьшению максимальной степени перепутывания. При этом показано, что двухкубитное перепутанное состояние более устойчиво по отношению к внешнему шуму, нежели трехкубитные перепутанные состояния Гринбергера - Хорна - Цайлингера (GHZ). При этом истинно перепутанное GHZ-состояние более устойчиво к шуму, чем GHZ-подобное перепутанное состояние.
Представлен комплекс программ моделирования построения последовательности энергетических зон гетеропереходов для анализа распределения носителей зарядов в гетероструктуре и внутренних характеристик, описания процессов переноса и аккумулирования заряда. Использовались аналитическая система Wolfram Mathematica и язык программирования Delphi. Основными элементами материалов задаются полупроводники, металлы контактных структур и области инжекции неравновесных носителей. Программы позволяют определять конструктивные характеристики материалов, активных зон и областей пространственного заряда, вычислять квазиуровни Ферми и встроенные потенциалы, а также эффективность гетероструктур в целом и для разделения-сбора заряда, эмиссии высокоэнергетичных бета-электронов и генерации неравновесных носителей заряда в активной области пространственного заряда, накопления заряда, определения типов барьерных гетеропереходов и типа металлизации контактности барьерного или омического, в том числе для устройств в интегральном исполнении. Программа и результаты могут быть использованы для определения свойств полупроводниковых гетероструктур в разработках преобразователей энергии и датчиков в фото- и бетавольтаике.
An analytical method of solving the wave equation describing the oscillations of systems with moving boundaries is considered. By changing the variables that stop the boundaries and leave the equation invariant, the original boundary value problem is reduced to a system of functional-difference equations, which can be solved using direct and inverse methods. An inverse method is described that makes it possible to approximate quite diverse laws of boundary motion by laws obtained from solving the inverse problem. New particular solutions are obtained for a fairly wide range of laws of boundary motion. A direct asymptotic method for the approximate solution of a functional equation is considered. An estimate of the errors of the approximate method was made depending on the speed of the boundary movement.
В статье рассматривается математическая модель малой ветроэнергетической установки Дарье. Данная установка представляет собой тип ветряной турбины с вертикальной осью, названной в честь ее изобретателя Жоржа Жана Мари Дарье. Конструкция представляет собой вертикально ориентированный вал с прикрепленными к нему изогнутыми лопастями или аэродинамическими профилями, образующими форму, похожую на венчик для яиц. В современном мире ветроэнергетика выступает как важнейший столп перехода к возобновляемым источникам энергии. Эта технология содействует снижению выбросов углерода и смягчению воздействия человечества на окружающую среду. В данном контексте ветроэнергетика превращается не только в средство снабжения электроэнергией, но и в мощный катализатор для построения более экологически устойчивого и энергоэффективного будущего. Исследуется уравнение стационарных режимов при значении внешнего сопротивления динамической модели, заданного простейшим уравнением. Найдены условия, при которых в системе наблюдаются релаксационные колебания.
В данной статье рассмотрен класс эллиптических уравнений второго порядка дивергентной структуры с неравномерным степенным вырождением. Подход, используемый в настоящей статье, основан на том, что скорости вырождения собственных чисел матрицы ||aij(x)|| (функции λi(x)) являются не функциями необычной нормы |x|, а некоторого анизотропного расстояния |x| a-. Предполагается, что задача Дирихле для таких уравнений разрешима в классическом смысле при любой непрерывной граничной функции в любой нормальной области Ω. Для слабых решений получены оценки вблизи граничной точки решений задачи Дирихле, функции Грина для неравномерно вырождающихся эллиптических уравнений второго порядка.
Статья посвящена памяти доктора физико-математических наук, профессора, заслуженного деятеля науки РФ Владимира Ивановича Астафьева, профессиональная деятельность которого более 35 лет связана с Самарским университетом. Научная, педагогическая и организаторская деятельность В.И. Астафьева во многом определяла и будет определять образовательную деятельность и научные направления, развиваемые на механико-математическом факультете. Его безграничная преданность университету, широкое и глубокое образование, высокая математическая культура позволили В.И. Астафьеву воспитать целую плеяду ученых и профессоров, работающих сейчас в университете.
Издательство
- Издательство
- Самарский университет
- Регион
- Россия, Самара
- Почтовый адрес
- 443086, Самара, Московское шоссе, 34,
- Юр. адрес
- 443086, Самара, Московское шоссе, 34,
- ФИО
- Богатырев Владимир Дмитриевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@ssau.ru
- Контактный телефон
- +7 (846) 3351826
- Сайт
- https://www.ssau.ru/