Axis-symmetric thermoelasticity task of the elastic cylinder pressure on the elastic layer taking into a ccount non-ideal heat contact

Abstract

Визначення контактних напружень із урахуванням температурних факторів є важливим завданням для дослідження міцності деталей машин і елементів конструкцій у місцях їхньої взаємодії при розрахунку конструкції на пружній основі для раціонального використання матеріалу конструкції і несучої здатності основи. Побудовано розв’язок осесиметричної контактної задачі термопружності про тиск пружного кругового ізотропного циліндра на пружний ізотропний шар скінченої товщини з урахуванням неідеального теплового контакту між циліндром і шаром. Усі точки торця циліндра під дією зовнішнього навантаження зміщуються на однакову величину. Поверхні шару й циліндра зовні площадки контакту вільні від зовнішніх зусиль. Дотичні напруження в зоні контакту дорівнюють нулю. На вільному торці циліндра задана постійна температура. Бічна поверхня теплоізольована, а на вільних поверхнях шару здійснюється теплообмін за законом Ньютона. Тепловий контакт між тілами припускається неідеальним. При заданих припущеннях розвинено метод визначення температурних полів у циліндрі й шарі, а також нормальних контактних напружень. За допомогою методу інтегрального перетворення Ганкеля розв’язано рівняння теплопровідності й термопружності для шару, а методом Фур’є − для циліндричної області. Температурне поле, переміщення й напруження в ізотропному шарі зображено невласними інтегралами з невідомими функціями, які знаходяться з граничних умов задачі. Температурне поле, переміщення й напруження подано через невідомі коефіцієнти, які визначаються з нескінченних систем лінійних алгебраїчних рівнянь. Задоволення граничних умов задачі призводить до системи інтегральних рівнянь, які зв’язують невідомі функції з коефіцієнтами, що характеризують температурне поле. Як результат, отримано інтегральне рівняння Фредгольма ІІ-го роду відносно функцій, через які виражені нормальні контактні напруження в шарі. Інтегральне рівняння Фредгольма ІІ-го роду розв’язано числовим методом зведенням до системи лінійних алгебраїчних рівнянь. Проведено числові розрахунки для знаходження температури й температурної складової нормального напруження в шарі у зоні контакту для різних значень контактної провідності, а також температурної складової нормального напруження для різних значень модулів Юнга циліндра і шару. Числові результати й аналіз розв’язку показують, що при контактній взаємодії пружного циліндра і шару неідеальний тепловий контакт значно впливає на розподіл температурної складової нормального напруження в зоні контакту

Solution of the axis-symmetric contact thermoelasticity task of the elastic round isotropic cylinder pressure on the elastic isotropic layer of the finite thickness, taking into account non-ideal heat contact between the cylinder and the layer, has been built. Using the Henkel’s method of integral transformation the equation of heat-conductivity and heat-elasticity for the layer was solved, and using the Fourier’s method – for the cylinder. The temperature field, displacement and stress in the cylinder are presented by the coefficients, which satisfy the non-finite system of algebraic equations