ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧИ УСТОЙЧИВОСТИ ПЕРФОРИРОВАННЫХ ОБОЛОЧЕК

  • Авторы: Антипов АА1, Артемьева АА2, Баженов ВГ2, Жестков МН2, Кибец АИ2
  • Учреждения:
    1. Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
    2. Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского
  • Выпуск: № 1 (2015)
  • Страницы: 21-30
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://ered.pstu.ru/index.php/mechanics/article/view/261
  • DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2015.1.02
  • Цитировать

Аннотация


Методом конечных элементов исследована устойчивость густо перфорированных цилиндрических оболочек под действием внешнего давления. Задача решена на основе теории оболочек с использованием конструктивно ортотропной модели. Параметры ортотропного материала в виде коэффициентов снижения жесткости определялись из решения задачи деформирования циклически повторяющегося элемента конструкции (структурного элемента) на растяжение, сдвиг и изгиб с различной степенью перфорации (пористости). Исследования структурного элемента проводились методами механики сплошной среды и теории оболочек типа Тимошенко. В результате получены коэффициенты снижения жесткости при различных значениях пористости и определена граница применимости теории оболочек для подобных задач. Проведено сравнение численно полученных результатов с аналитическими оценками Э.И. Григолюка и Л.А. Фильштинского. Верификация численно полученных параметров ортотропии проведена на основе решения задачи изгиба 1/4 части цилиндрической полосы, перфорированной одним рядом отверстий. Задача решалась в постановках механики сплошной среды и теории оболочек в совокупности с конструктивно ортотропной моделью с различными значениями пористости. Показано, что использование конечных элементов конструктивно-ортотропной оболочки с параметрами, определенными из решения трехмерной задачи растяжения и сдвига структурного элемента, правомерно в задачах изгиба для длинных волн. На основе теории оболочек в совокупности с конструктивно-ортотропной моделью проведено исследование устойчивости упругой цилиндрической перфорированной оболочки под действием внешнего давления для двух вариантов граничных условий. В результате получены значения критических давлений и соответствующие им формы потери устойчивости в зависимости от длины оболочки и степени перфорации.

Об авторах

А А Антипов

Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

А А Артемьева

Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

В Г Баженов

Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

М Н Жестков

Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

А И Кибец

Научно-исследовательский институт механики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Список литературы

  1. Григолюк Э.И., Фильштинский Л.А. Перфорированные пластины и оболочки. - М.: Наука, 1970. - 556 c.
  2. Преображенский И.Н. Устойчивость и колебания пластинок и оболочек с отверстиями. - М.: Машиностроение, 1981. - 191 с.
  3. Cristopher D. Moen, Schafer B.W. Direct Strength Design of Cold-Formed Steel Members with Perforations / The Johns Hopkins University, Department of Civil Engineering. - Baltimore, 2008. - 488 p.
  4. Карпов В.В. Прочность и устойчивость подкрепленных оболочек вращения. - М: Физматлит, 2010. - 119 с.
  5. Воробкова Н.Л., Преображенский И.Н. Обзор исследований по устойчивости пластинок и оболочек, ослабленных отверстиями // Расчет пространственных конструкций, 1973. - С. 89-112.
  6. Крысько В.А., Куцемако А.Н. Устойчивость и колебания неоднородных оболочек. - Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 1999. - 202 с.
  7. Лебедев А.В. Устойчивость пластин и оболочек, ослабленных отверстиями // Пятые Поляховские чтения: межд. науч. конф. по механике. - СПб., 2009. - С. 171.
  8. Fazilati J., Ovesy H.R. Finite strip dynamic instability analysis of perforated cylindrical shell panels // Composite Structures, ICCS. - 2012. - Vol. 94. - No. 3. - Р. 1259-1264.
  9. Eccher G., Rasmussen K.J.R., Zandonini R. Geometrically nonlinear isoparametric spline finite strip analysis of perforated thin-walled structures // Thin-Walled Structures. - 2009. - No. 47. - P. 21-32.
  10. Buckling Optimization of Perforated Curved Shells / D. Wang [et al.] // Materials Science Forum. - Switzerland: Trans Tech Publications, 2012. - Vol. 697-698. - P. 614-617.
  11. Moen C.D., Schafer B.W. Elastic buckling of thin plates with holes in сompression or bending // Thin-Walled Structures. - 2009. - No. 47. - P. 1597-1607.
  12. Shariati M., Ali Dadrasi A. Numerical and Experimental Investigation of Loading Band on Buckling of Perforated Rectangular Steel Plates // Research Journal of Recent Sciences. - 2012. - Vol. 1. - No. 10. - P. 63-71.
  13. Конечно-элементное решение задачи упругопластического выпучивания сферической оболочки при квазистатическом сжатии в трехмерной постановке / А.А. Артемьева [и др.] // Проблемы прочности и пластичности. - 2011. - № 73. - С. 45-50.
  14. Верификация конечно-элементного решения трехмерных нестационарных задач упругопластического деформирования, устойчивости и закритического поведения оболочек / А.А. Артемьева [и др.] // Вычислительная механика сплошных сред. - 2010. - Т. 3, № 2. - С. 5-14.
  15. MacDonald M., Kulatunga M.P. Finite Element Analysis of Cold-Formed Steel Structural Members with Performations Subjected to Compression Loading // Mechanics and Mechanical Engineering. - 2013. - Vol. 17. - No. 2. - P. 127-139.
  16. Smirnov A.L., Lebedev A.V. Buckling of plates and shells weakened with ut-outs // 2nd South-East European Conference on Computational Mechanics. - Athens, Greece, 2009. - 209 p.
  17. Purba R., Bruneau M. Finite-Element Investigation and Design Recommendations for Perforated Steel Plate Shear Walls // Journal of Structural Engineering. - 2009. - Vol. 135. - No. 11. - P. 1367-1376.
  18. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. - С. 71-74.
  19. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. - М.: Гос. изд-во техн.-теор. лит. - 1950. - С. 33-35.
  20. Abaqus. Analysis User’s Manual. Introduction, Spatial Modeling, and Execution. - PublisherSimulia, 2008. - 711 p.
  21. Matsagar Vasant A. Computing Stress and Displacement Response of Composite plates under blast // Disaster Advances. - 2014. - Vol. 7. - No. 1. - P. 23-38.
  22. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. - М.: Наука, 1967. - 545 c.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 177

PDF (Russian) - 112

Cited-By


PlumX


© Антипов А.А., Артемьева А.А., Баженов В.Г., Жестков М.Н., Кибец А.И., 2015

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах