ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 539.3

Технічна механіка, 2023, 4, 60 - 75

КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ КІЛЬЦЕВИХ ВКЛЮЧЕНЬ НА КОНЦЕНТРАЦІЮ НАПРУЖЕНЬ В ТОНКИХ ЦИЛІНДРИЧНИХ І КОНІЧНИХ ОБОЛОНКАХ З КРУГОВИМИ ОТВОРАМИ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2023.04.060

Гарт Е. Л., Семенча О. О.

Гарт Е. Л.
Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара,
Україна

Семенча О. О.
Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара,
Україна

      Оболонкові конструкції використовуються в різних галузях техніки і промисловості, таких як аерокосмічна, нафтогазова, енергетика, машинобудування, будівництво тощо. Через конструктивні або технологічні особливості суцільність таких конструкцій може порушуватися наявністю різноманітних отворів, навколо яких виникають локальні напруження. Пошук способів зменшення концентрації напружень навколо отворів є важливою задачею механіки деформівного твердого тіла.
      У цій роботі проведене комп’ютерне моделювання та скінченноелементний аналіз напружено-деформованого стану тонкостінних циліндричних і зрізаних конічних оболонок з круговими отворами за наявності навколо них кільцевих включень із матеріалу, властивості якого відрізняються від основного матеріалу оболонок. Досліджено вплив зміни величини модуля пружності включення та його геометричних параметрів на концентрацію параметрів напружено-деформованого стану оболонок в околі отворів. Розглянуто декілька варіантів матеріалу включення та його ширини. Вважалося, що кільцеве включення із однорідного матеріалу і розташоване у площині оболонки. Отримано розподіли інтенсивностей напружень і деформацій в зонах локальної концентрації напружень. Проведено порівняльний аналіз одержаних результатів для циліндричних і конічних оболонок. Дослідження показали, що наявність «м’якого» однорідного кільцевого включення дає змогу знизити концентрацію напружень навколо отворів на ~(13 – 35) % в залежності від ширини включення і величини модуля пружності як в циліндричній, так і в конічній оболонках. При певних поєднаннях геометричних і механічних параметрів включення спостерігається «механічний ефект», що полягає у зміні локації зони концентрації напружень від краю отвору до стику включення з матеріалом оболонки. Для конічних оболонок, в силу їх геометричних особливостей, має місце ефект «конічності»: збільшення напружень виникає не тільки в околі послаблення отворами, а й біля основ.
     

тонкостінна циліндрична оболонка, тонкостінна зрізана конічна оболонка, круговий отвір, кільцеве включення, напружено-деформований стан, коефіцієнт концентрації напружень, метод скінченних елементів

1. Авдонин А. С. Прикладные методы расчета оболочек и тонкостенных конструкций. М., 1969. 402 с.

2. Авраменко О. О. Аналіз напружено-деформованого стану нетонких ортотропних конічних оболонок змінної товщини під дією нерівномірного навантаження. Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. Запоріжжя. 2011. Вип. 2. С. 103–107.

3. Бочкарев C. А. Панельный флаттер вращающихся круговых оболочек, обтекаемых сверхзвуковым потоком. Вычислительная механика сплошных сред. 2008. № 3. C. 25–33. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2008.1.3.24

4. Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. М., 1988. 272 с.

5. Гарт Е. Л., Семенча О. О. Числове дослідження напружено-деформо¬ваного стану пружної трапецевидної пластини з прямокутним отвором і стрічковим включенням. Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій: зб. наук. праць. Дніпро: Ліра, 2021. Вип. 33. С. 43–54.

6. Голда Ю. Л., Преображенский И. Н., Штукарев В. С. Экспериментальное исследование устойчивости оболочек с отверстиями. Прикладная механика. 1973. Т. 9, № 1. С. 27–32. https://doi.org/10.1007/BF00888695

7. Григоренко Я. М., Мольченко Л. В. Теорія пластин та оболонок. К., 1993. 232 с.

8. Григоренко Я. М., Влайков Г. Г., Григоренко А. Я. Численно-аналитическое решение задач механики оболочек на основе различных моделей К.: Академпериодика, 2006. 472 с.

9. Гузь А. Н., Чернышенко И. С. и др. Теория тонких оболочек, ослабленных отверстиями. К.: Наукова думка, 1980. 636 с.

10. Савин Г. Н. Распределение напряжений около отверстий. К.: Наукова думка, 1968. 888 с.

11. Сторожук Є. А., Максимюк В. А., Чернишенко І. С. Концентрація напружень в області прямокутного отвору на бічній поверхні нелінійно-пружної ортотропної конічної оболонки. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 11. С. 41–48. https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.11.041

12. Чернобрывко М. В., Аврамов К. В., Батутина Т. В. и др. Динамическая неустойчивость подкрепленных конических обтекателей ракет-носителей в сверхзвуковом газовом потоке. Техн. механіка. 2015. №1. С. 15–29.

13. Darvizeh M., Haftchenari H., Darvize A., Ansari R., Sharma C. B. The effect of boundary conditions on the dynamic stability of orthotropic cylinders using a modified exact analysis. Composite Structures. 2006. V. 74. P. 495–502. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2005.05.004

14. Han X., Xu D., Liu G. R. Transient responses in a functionally graded cylindrical shell to a point load. Journal of Sound and Vibration. 2002. V. 251, Iss. 5. P. 783–805. https://doi.org/10.1006/jsvi.2001.3997

15. Hua L., Lam K. Y. Orthotropic influence on frequency characteristics of a rotating composite laminated conical shell by the generalized differential quadrature method. Int. J. of Solids and Structures. 2001. V. 38. P. 3995–4015. https://doi.org/10.1016/S0020-7683(00)00272-9

16. Zienkiewicz O. C., Teylor R. L. The finite element method for solid and structural mechanics. New York: Elsevier, 2005. 632 p.

Copyright (©) 2023 Гарт Е. Л., Семенча О. О.

Copyright © 2014-2023 Технічна механіка