Semencha O. Stress-strain state of thin-walled structurally inhomogeneous cylindrical and conical shells with holes

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U002165

Thesis Registration Form

0824U002165.pdf

Applicant for

Oleksii O. Semencha

Specialization

113 - Прикладна математика

Specialized Academic Board

ДФ 08.051.088 ID 6114 Семенча О.О.

Oles Honchar Dnipro National University

Essay

Numerical modeling and analysis of the stress-strain state of thin-walled cylindrical and truncated conical shells with circular and rectangular holes with ribbon inclusions, the material of which has properties different from the base material of the shells, was performed in the dissertation work. The effect of changing the elastic modulus of the inclusion and its geometric parameters on the stress-strain state of the shells around the holes was investigated when the material of the inclusions and their width were varied. It was assumed that the inclusions are homogeneous, located in the plane of the shell, and the conditions of rigid adhesion were set between the matrix and the inclusions. A comparative analysis of the obtained results was performed for shells of both shapes - cylindrical and conical with circular and square holes. An analysis of the change in the nature of the stress distribution around the holes in the presence of inclusions around them and the influence of the inclusion material on the value of the stress concentration coefficient was carried out, recommendations were given for the use of inclusions in thin-walled structurally heterogeneous cylindrical and conical shells with different holes, which allows influencing their stress-strain state in order to increase the strength of structural elements, in particular, aviation, rocket and space technology, etc. The scientific novelty of the obtained results lies in the development of mathematical calculation models for determining the stress-strain state of plate-shell elements of structures in the form of holes and inclusions, considering the specifics of their geometry. A technique for determining the parameters of the stress-deformed state of structurally heterogeneous bodies with various holes and inclusions around them during elastic deformation based on the use of the finite element method has been developed. The rational parameters of the inclusions, which make it possible to reduce the stress concentration in the shells around the local stress concentrators, have been established and substantiated. The mechanical effects regarding the change in the location of the stress concentration depending on the type of holes and the combination of the parameters of the inclusions were revealed. Patterns of changes in the distribution of stresses and deformations in the shell with different openings were found, depending on their location, type, and properties of inclusions. Thanks to the analysis of the change in the nature of the stress distribution around the holes in the presence of inclusions and the influence of the inclusion material on the value of the stress concentration coefficient for both types of shells, recommendations have been made for the use of inclusions in thin-walled structurally heterogeneous shells with different holes, which allows influencing their stress-strain state in order to increase the strength of structural elements. The practical significance of the obtained results is that the developed calculation models and the method of finding rational from the point of view of reducing the stress concentration coefficient of mechanical and geometric parameters of inclusions in shell elements of structures with circular and rectangular holes can serve as a scientific and methodological basis for promising developments in the mechanics of deformed solids bodies, make it possible to carry out research on actual problems of mechanics that arise in engineering practice when calculating the strength of heterogeneous structures with various stress concentrators. The obtained results of the solved problems for structurally heterogeneous cylindrical and conical shell elements of structures can be directly used in predicting the safe operation of the corresponding structures in mechanical engineering, energy, construction, aerospace engineering, etc. The proposed technique for reducing stress concentration around holes can be applied in research and design organizations when designing, calculating and evaluating the strength of structural elements of new technology, in particular, rocket and space technology.

Thesis supervisor

Eteri L. Hart

Official opponents

Pavlo O. Steblyanko
Volodymyr P. Poshyvalov

Reviewers

Alla Y. Shevelova
Tetiana V. Khodanen

Research papers

1. Гарт Е. Л., Семенча О. О. Числове дослідження напружено-дефор¬мо-ваного стану пружної трапецієвидної пластини з прямокутним отвором і стріч¬ковим включенням // Проблеми обчислювальної механіки і міцності кон¬струк¬цій: зб. наук. праць. – Дніпро: Ліра, 2021. – Вип. 33. – С. 43–54. https://doi.org/10.15421/4221004 (фахове видання, категорія Б).

2. Гарт Е. Л., Семенча О. О. Числовий аналіз напружено-деформованого стану пружних циліндричних і конічних оболонок з круговими та прямо¬кутними отворами // Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструк¬цій: зб. наук. праць. – Дніпро: Ліра, 2023. – Вип. 36. – С. 25–39. https://doi.org/10.15421/4223103 (фахове видання, категорія Б).

3. Гарт Е. Л., Семенча О. О. Комп’ютерне моделювання впливу стріч-кових включень на концентрацію напружень в тонких циліндричних та коніч¬них оболонках з круговими отворами // Технічна механіка. – 2023. – № 4. – С. 60–75. https://doi.org/10.15407/itm2023.04.060 (фахове видання, категорія Б).

4. Гарт Е. Л., Семенча О. О. Числовий аналіз впливу стрічкових вклю-чень на концентрацію напружень в тонких циліндричних і конічних оболонках з прямокутними отворами // Технічна механіка. – 2024. – № 1. – С. 66–82. https://doi.org/10.15407/itm2024.01.066 (фахове видання, категорія Б).

5. Гарт Е. Л., Петров І. І., Семенча О. О., Терьохін Б. І. Числовий ана¬ліз взаємного впливу двох кругових та видовжених еліптичних отворів пружної пластини в залежності від заданих граничних умов // Математичні проблеми технічної механіки – 2018: Матеріали Міжнародної наукової конференції (16–19 квітня 2018 р.). – Кам’янське, Дніпро: Дніпровський держ. техн. ун-т, 2018. – С. 39.

6. Гарт Е. Л., Семенча О. О., Терьохін Б. І. Вплив форми, розмірів та розташування деконцентраторів напружень на напружено-деформований стан пластинчато-оболонкових елементів конструкцій з отворами // Математичні проблеми технічної механіки та прикладної математики – 2019: Матеріали Міжнародної наукової конференції (15–18 квітня 2019 р.). – Дніпро, Кам’янське: Дніпровський держ. техн. ун-т, 2019. – С. 43–44.

7. Гарт Е. Л., Семенча О. О., Терьохін Б. І. Комп’ютерне моделювання напружено-деформованого стану пружної трапецієвидної пластини з прямо¬кутним отвором // Results of modern scientific research and development: Proceedings of VIII International Scientific and Practical Conference (October 17–19, 2021). – Madrid, Spain. – Р. 179–186. https://sci-conf.com.ua/wp-content/uploads/2021/10/RESULTS-OF-MODERN-SCIENTIFIC-RESEARCH-AND-DEVELOPMENT-17-19.10.21.pdf

8. Гарт Е. Л., Семенча О. О. Порівняльний аналіз напружено-деформо-ваного стану тонкостінних циліндричних і конічних оболонок з круговими отворами // Інноваційні технології, моделі управління кібербезпекою ITMK-2022: Матеріали Міжнародної наукової конференції (12–14 грудня, 2022, Київ, Україна). – Т. 2. – Київ, 2022. – C. 30–32. https://drive.google.com/file/d/1GnZe_jMADIcOj9BbVa6tyAbTAZwaN1oI/view

9. Гарт Е. Л., Семенча О. О. Скінченноелементний аналіз напружено-деформованого стану тонких пластин, циліндричних і конічних оболонок з отворами і стрічковими включеннями // Cучасні проблеми механіки та математики – 2023: зб. наук. праць / за заг. ред. акад. НАН України Р.М. Кушніра та чл.-кор. НАН України В.О. Пелиха [Електронний ресурс] // Інститут прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України. – 2023. – С. 271–272. http://iapmm.lviv.ua/mpmm2023/materials/mm07_20.pdf

Е. Л., Семенча О. О., Терьохін Б. І. Influence of inclusions around a rectangular hole on the stress concentration factor in a trapezoidal plate // EJONS: Book of Abstract of the 13th International Conference on Mathematics, Engineering, Natural and Medical Sciences (October 26-27, 2021). – Cappadocia, Turkey. – Р. 154–155. https://ad6a8388-4205-4213-85bd-af6ef6e6fa58.filesusr. com/ugd/614b1f_bef6925b211f4ec38036433972f07d3d.pdf

11. Гарт Е. Л., Семенча О. О., Терьохін Б. І. Посібник до вивчення дис¬ципліни «Прикладні обчислювальні технології» // Дніпро: Ліра, 2023. – 92 с.

0824U002172

Oleh S. Kharkov

Modified Extragradient Algorithms for Variational Inequalities and Their Applications

0824U002162

Stanislav S. Masalykin

Statistical modeling of energy flows in the systems of solar energy concentration

0824U002163

Andrii H. Borysenko

Mathematical and computer modeling of heat exchange in the nanofluid heat transfer fluid of solar thermodynamic plants

0824U002179

Roman S. Yurkov

Modeling of energy flows in thermal energy storage systems with “solid - liquid” phase transition

0824U002148

Vladyslav V. Zhushman

Mathematical and computer modeling of contact interaction of bodies of complex shape