Zur Stoßbelastung anisotroper Bauteile

Übersicht

Als Beitrag zur Verformungsanalyse schlagartig belasteter Strukturen wird das dynamische Verhalten transversal gestoßener anisotroper Platten untersucht, um detaillierte Informationen über die Kontaktwechselwirkung der Stoßpartner, die maximale Bauteilbelastung und die Ausbreitung elastischer Wellen zu erhalten. Für die Praxis sind speziell die orthogonal-anisotropen Platten von Bedeutung; deshalb wird hier eine vereinfachte Theorie des Stoßes auf diesen Plattentyp entwickelt, wodurch wichtige Belastungsgrößen abschätzbar sind. Es zeigt sich, daß während des frühzeitigen Kontaktgeschehens die Plattendurchbiegung unter dem Stoßpunkt als kritischer Belastungsstelle proportional zum Zeitintegral der Stoßkraft ist. Mit dieser Beziehung und anderen kinetischen Zusammenhängen kann eine nichtlineare Differentialgleichung für die Stoßkraft abgeleitet werden. Numerisch läßt sich sodann der zeitliche Stoßkraftverlauf für verschiedene Materialkombinationen, Stoßmassen und -geschwindigkeiten berechnen. Wegen der starken Bremsverzögerung beim Aufschlag werden Stoßkraftmaxima erreicht, die einige hundertmal größer als die Gewichtskraft der Stoßmasse sind. Mit der Kenntnis der Stoßkräfte lassen sich nun auch die dynamischen Durchbiegungs- und Krümmungsverteilungen der Platte in einfacher Weise berechnen.

Summary

As a contribution to the deformation analysis of impacted structures, the dynamical behaviour of transversely struck anisotropic plates is investigated to get detailed information on the contact interaction between the colliding bodies, on the maximum loading of the structure and on the propagation of elastic waves. In practice, plates with orthogonal anisotropy are of special importance, hence a simplified theory of impact on this type of plates is developed, which allows the evaluation of significant loading values. The plate deflection below the impact point as a critical loading point is found to be proportional to the time integral of the impact force during the early contact interaction. With this connection and other kinetical relations a nonlinear differential equation for the impact force is derived. Thus, numerically the temporal course of the impact force can be calculated for various material combinations, impact masses and velocities. On account of the intensive retarding effect during the collision, the maximum impact force amounts to some hundreds of the impact mass gravity and causes high local bending moments. Knowing the impact forces, we can also calculate the plate deflection and curvature during the deformation in a simple way.