Details

Данная работа посвящена решению задачи устойчивости в точной постановке. Предмет исследования – напряженно-деформированное состояние и устойчивость геометрически нелинейного упругой балки при статическом нагружении. Задачи исследования: Получить и сравнить точное решение задачи устойчивости и асимптотическое решение линеаризованной задачи устойчивости для консольной балки, нагруженного потенциальным следящим моментом; Получить численное решение задачи устойчивости с помощью метода конечных элементов (МКЭ) и сравнить его с точным аналитическим решением. В работе используется геометрически точная теория стержней и вариационная постановка задачи. Рассматривается пространственная модель стержня, учитывающая все шесть жесткостей. Результаты: Получено точное решение поставленной задачи устойчивости и асимптотическое решение линеаризованной задачи устойчивости; Погрешность стандартной формулы около 10%; С помощью МКЭ получена точная матрица жесткости, нелинейно зависящая от параметра нагрузки; С помощью метода Ньютона разработан алгоритм решения нелинейной задачи на собственные значения. Результаты работы можно применять для решения любых задач устойчивости. Применение точной формулы позволяет принять более экономичное решение по сравнению с классическим подходом (критическая сила меньше ~10%).

This work is devoted to solving the problem of stability in the exact formulation. The subject of research is the stress-strain state and stability of a geometrically nonlinear elastic beam under static loading. The tasks of the work: 1. Obtain and compare the exact solution of the stability problem and the asymptotic solution of the linearized stability problem for a cantilever beam loaded with a potential following moment; 2. Obtain a numerical solution to the stability problem using the finite element method (FEM) and compare it with the exact analytical solution. The work uses a geometrically exact beam theory and a variational approach. A spatial model of a beam is considered, which takes into account all six stiffnesses. The results are: 1. The exact solution to the stated stability problem and the asymptotic solution to the linearized stability problem are obtained; 2. The error of the standard formula is about 10%; 3. Using the FEM, an exact stiffness matrix was obtained, which nonlinearly depends on the load parameter; 4. Using Newton's method, an algorithm for solving a nonlinear eigenvalue problem is developed. The results of the work can be applied to solve any sustainability problem. The use of the exact formula makes it possible to make a more economical solution in comparison with the classical approach (the critical force is less than ~ 10%).