Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры

КРАСОВСКИЙ Василий Леонидович

УДК 539.3: 624.046.3: 624.074.433

ДЕФОРМИРОВАНИЯ И выпучивания Гладких И подкреплено

цилиндрических оболочек при статических нагрузках

(экспериментально-теоретических ИССЛЕДОВАНИЯ)

Специальность 05.23.17 Строительная механика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Днепропетровск 2001

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена в Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры (ПГАСиА) Министерства образования и Украины.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Заруцкий Владимир Александрович, Институт механики им. С.П.Тимошенко НАН Украины (г.. Киев), заведующий отделом строительной механики тонкостенных конструкций;

доктор технических наук, профессор Грищак Виктор Захарович, Запорожский государственный университет, профессор кафедры прикладной математики, проректор по научно-исследовательской работе и международному сотрудничеству;

доктор техническим наук, профессор Приварников Юлий Константинович, Днепропетровский филиал Национальный институт стратегических исследований при Президенте Украины, ведущий научный сотрудник.

Ведущая организация

Днепропетровский национальный университет, кафедра вычислительной механики и прочности конструкций, Министерство образования и науки Украины (г.. Днепропетровск).

Защита состоится "17" мая 2001 в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 08.085.02 при Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры по адресу: 49600, г.. Днепропетровск, ул. Чернышевского, двадцать четвёртой.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры по адресу: 49600, г.. Днепропетровск, ул. Чернышевского, двадцать четвёртой.

Автореферат разослан "9" апреля 2001г.

ВЧений секретарь

ученого совета Кваша Е.М.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В практике современного строительства и машиностроения в качестве ответственных силовых элементов конструкций и машин широко используются упругие гладкие и подкрепленные круговые цилиндрические оболочки, отличающиеся при достаточной прочности и жесткости высокой экономической эффективностью и хорошей технологичностью. Поскольку нарушения работоспособности таких объектов происходит, как правило, вследствие утраты устойчивости, проблеме определения критических нагрузок в механике оболочек уделяется особое внимание.

Процесс потери устойчивости реального тонкостенного цилиндра представляет собой сложное и многогранное явление. Существенное влияние на этот процесс, наряду с основными Геометрика-жорсткостнимы параметрами оболочки и характеристиками нагрузки, делают различные, на первый взгляд, второстепенные и незначительные (возмущающие), конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы. Учет всех возможных факторов при расчете реальных оболочек д связано с чрезвычайно большими трудностями, в связи с чем существующие в настоящее время приближенные теории и расчетные модели для многих важных прикладных задач устойчивости оболочек оказываются или недостаточными, или осложненными до такой степени, не находят практического применения. Для разработки эффективной методики расчета необходимо иметь полное представление о механизме выпучивания реальной конструкции, о факторах, которые играют решающую роль в определении ее критического состояния. Очевидно, что в основе этих представлений должны лежать экспериментальные данные о поведении оболочки на всех этапах ее деформирования, вплоть до разрушения. Особую актуальность экспериментальные исследования приобретают в случае осевого сжатия тонкостенного цилиндра. Именно этот широко распространен в практике тип нагрузки характеризуется нестабильностью значений критических нагрузок, полученные в испытаниях гладких оболочек (ГО), существенной их отличныестью от расчетных величин, как для ОО, так и для подкрепленных оболочек (ПО).

Для ОО возможность уточнения механизма выпучивания связана со слабо изученным до настоящего времени эффектом локальности начала волнообразования, что представляет собой важнейшую особенность процесса потери устойчивости реального тонкостенного цилиндра. Поскольку этот эффект обусловлен неоднородностью полей возмущающих факторов, в частности, доминирующими в их спектре локализованными возмущениями, детальное экспериментальное изучение поведения и выпучивания сжатых ОО при наличии таких возмущений в полях геометрических несовершенств и внешних воздействий является актуальным и важным для теории и практики.

В случае ПО наибольший интерес при осевой сжатия представляет изучение деформирования оболочек с продольными ребрами (стрингерного отсеков), отличающиеся для данного вида нагрузки высокой весовой эффективностью. Конструктивная неоднородность ПО, как правило, доминирует над неоднородностью полей случайных возмущений, поэтому при определении критических нагрузок решающими оказываются различные конструктивные особенности: число, ужесточение и профиль ребер, схема расположения и способ соединение их с обшивкой, условия закрепления краев и передачи нагрузки на оболочку. Влияние этих особенностей на устойчивость оболочки проявляется как непосредственно, так и специфики обусловленного ими критическому деформирования. Ряд перечисленных факторов был учтен в существующих расчетных моделях, позволило с достаточной точностью определять критическое состояние оболочек, но только в некоторых областях изменения их параметров. По оболочек, подкрепленных тонкостенными ребрами большой сгибательной жесткости, (близких к рациональным) результаты сравнения данных испытаний с расчетом, как правило, оказываются неудовлетворительными. Это указывает на актуальность экспериментального изучения влияния конструктивных особенностей стрингерного оболочек (СО) на их деформирования и устойчивость при осевой сжатия и других видах нагрузки.

Связьработы с научными программами, планами, темами. Диссертация обобщает результаты исследований автора в области механики оболочек, проводились с середины 70-х годов и до сих пор. Исследования выполнялись в рамках фундаментальных и прикладных, госбюджетных (Программы Министерства образования и науки по направлению 04 & ldquo; Экологически чистая энергетика и ресурсосберегающие технологии & rdquo ;, номера гос. Регистрации: 0194U046135, ответственный исполнитель; 0196U008318, научный руководитель; 0196U014020, ответственный исполнитель; 0197U001652, научный руководитель, 1994-2000 г.г.), хоздоговорных научно-исследовательских работ, по гранту Правительства Украины и Международного научного фонда (грант ДО4Н100, ответственный исполнитель), а также по индивидуальным грантами ISSEP (АР052059, АР072050), 1993-1997 г.г..

Цель и задачи исследования. Главной целью исследования является: расширение и углубление представлений о критическому деформирования, механизм выпучивания и факторы, которые играют решающую роль в определении критического состояния реальных ГО и ПО при статическом сжатии; оценка применимости существующих методов расчета и разработка новых физических и некоторых расчетных моделей выпучивания сжатых тонкостенных цилиндров; разработка рекомендаций по уточнению теории устойчивости ГО и ПО, а также по определению опасных нагрузок и назначения запасов устойчивости для ОО; получения ряда эмпирических зависимостей критических нагрузок ГО и СО от геометрических параметров оболочек, характеристик нагрузки и возмущения.

Основные задачи, обусловленные целью исследования:

1. Разработка методики эксперимента, технологии Изготовление оболочек и создание соответствующего испытательно-технологического комплекса.

2. Экспериментальное и теоретическое изучение эффектов, связанных с локальностью начала волнообразования при потере устойчивости реальных ГО, которое осуществляется путем исследования деформирования и выпучивания оболочек при наличии внешних локальных квазистатических воздействий и начальных локальных несовершенств формы ихформы выпучивания, характер до- и закритического деформирования ГО и ПО при наличии различных возмущений и конструктивных особенностей оболочек. Выявлен ряд новых эффектов, представляющих теоретический интерес и практическую важность.

Практическое значение полученных результатов. Работа содержит результаты, имеющие как теоретическую, так и прикладную значимость.

Теоретическое значение имеют следующие результаты:

1. Данные экспериментов о критические нагрузки и формы выпучивания оболочек при наличии различных возмущающих факторов и конструктивных особенностей (могут рассматриваться как экспериментальное обоснование теории устойчивости, или - как свидетельство ее недостаточности).

2. Новые представления (физические модели) о деформирования, процессы и пусковые механизмы выпучивания реальных тонкостенных цилиндров, а также рекомендации по уточнению расчетных схем (показывают пути дальнейшего развития теории).

3. Новые расчетные модели определения критических нагрузок ОО при наличии локализованных возмущений различной природы (способствуют развитию теории закритического деформирования ГО и расширению области ее использования).

Прикладное значение результатов исследования:

1. Данные экспериментов о деформирования и несущую способность оболочек могут быть непосредственно применены в практике с целью: а) оценки устойчивости конструкций рассматриваемого в работе типа; б) обоснование выбора расчетной схемы; в) проверки достоверности применяемых методов расчета; г) определение коэффициентов экспериментально-теоретического метода исследования устойчивости оболочек д) поиска решений, направленных на повышение несущей способности и надежности оболочечных конструкций.

2. Рекомендации по определению опасных нагрузок и запаса устойчивости могут быть основой при назначении нагрузок, допускаемых для реальных продольно сжатых ГО, в том числе и на этапе их проектирования.

3. Предложенные расчетные модели можно применять для оценки несущей способностисоответствующих реальных объектов (ГО) на этапе их эксплуатации, а также при разработке условий эксплуатации и требований к качеству конструкций.

4. Испытательно-технологический комплекс и методики исследования можно использовать при проведении лабораторного эксперимента, связанного с изучением поведения и разрушения цилиндрических оболочек при различных видах статической нагрузки.

Результаты приведенных в диссертации исследований были внедрены:

1. В ГКБ & ldquo; Южное & rdquo; при проектировании оболочечных конструкций (выбор расчетной схемы, рациональных параметров подкрепления и схемы нагрузки, коррекция методов расчета).

2. В ВНДПИокеанмаш при проектировании глибинноводних аппаратов (определение критических нагрузок для ГО и ПО).

3. На нефтебазах ОАО & ldquo; Днепронефтепродукт & rdquo; и & ldquo; Запорожнефтепродукт & rdquo; при анализе технического состояния резервуаров для хранения нефтепродуктов (определение критических нагрузок для ГО).

4. В Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры (ПГАСиА) при выполнении госбюджетных и хоздоговорных работ, а также у лекционных курсах по сопротивлению материалов и теории упругости.

Публикации и личный вклад соискателя. Содержание работы опубликовано в 59 научных работах, из них - 12 без соавторов. В реферате приведен список из 43 основных публикаций, из них 13 опубликованы в научных журналах, 15 в сборниках научных трудов, 15 в трудах, тезисах и аннотациях конгрессов, конференций и т.д. В совместных работах [1-3] автор участвовал в разработке методики эксперимента, проектировании и изготовлении испытательных приспособлений и образцов, в проведении испытаний и расчетов, в обработке и обсуждении результатов. Личный вклад автора в публикации [5-7 9-10, 12-13, 17, 21, 24-25, 30, 35, 38, 40] заключается в постановке исследований в целом проведении экспериментов и окончательном изложении результатов. В работах [29, 42] автору принадлежат постановка, проведение, обработка и обсужденийния результатов экспериментального исследования. В публикациях [4, 8, 11, 15-16, 32, 34, 36] все элементы исследования по рассматриваемой проблеме, до окончательного изложения материала, выполнялись авторами совместно.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались более чем на 40 международных, всесоюзных, национальных и региональных конгрессах, конференциях, симпозиумах и семинарах, в том числе, на 18 и 19 Международных конгрессах по теоретической и прикладной механики (Израиль, Хайфа, 1992, Япония, Киото , 1996); II Международной научно-технической конференции & ldquo; Актуальные проблемы фундаментальных наук & rdquo; (Москва, 1994); Международной конференции математиков и механиков & ldquo; GAMM-97 & rdquo; (Бремен, 1997); Международном коллоквиуме из легких конструкций в строительстве & ldquo; LSCE-1998 & rdquo; (Варшава, 1998); I и III Международных симпозиумах украинских инженеров-механиков (Львов, 1993, 1997); II-IY Международных конференциях & ldquo; Материалы для строительства & rdquo; (Днепропетровск, 1993, 1996, Макеевка, 1994); II-YIII украинском-польских семинарах & ldquo; Теоретические основы строительства & rdquo; (Варшава, 1994, 1996, 1998, 2000, Днепропетровск, 1995, 1997, 1999); VI Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механики (Ташкент, 1986); X, XI и XV Всесоюзных конференциях по теории оболочек и пластин (Кутаиси, 1975, Харьков, 1977, Казань, 1990); V Всесоюзной конференции по проблемам устойчивости в строительной механике (Ленинград, 1977); IV Всесоюзной конференции по статики и динамики пространственных конструкций (Киев, 1978); Всесоюзных симпозиумах по нелинейной теории оболочек и пластин (Казань, 1980) и нелинейных задач теории пластин и оболочек (Саратов, 1981); V-IX Польских симпозиумах по устойчивости конструкций (Седзина, 1988, Спала, 1991, Бельска-Бяла, 1994, Закопане, 1997, 2000); 28 и 29 польских конференциях по теоретической и прикладной механики (Козубник, 1990, Рытро, 1992); V Польской конференции по оболочечных конструкций (Яновицы, 1992); XV КАНАДСькому конгрессе по прикладной механике (Виктория, Британская Колумбия, 1995); 25 и 26 Израильских конференциях по строительной механике (Хайфа, 1994, 1996), а также на межвузовских научных семинарах под руководством проф. В.И.Моссаковського (ДГУ, 1975); проф. Е.И.Григолюка (Московский авиационный институт, 1982), проф. О.П.Прусакова (Днепропетровский инженерно-строительный институт, 1983); проф. А.Г.Горшкова (Московский авиационный институт, 1988), проф. М.А.Алфутова (Московское высшее техническое училище им. Н.Э.Баумана, 1988); проф. М.Круляка (Лодзинский политехнический университет, Польша, 1991); профессоров И.В.Андрианова и А.Ю.Евкина (ПГАСиА, 1996, 1997), профессоров Е.М.Кваши и А.И.Маневича (ПГАСиА, 1999, 2000), на научных конференциях ПГАСиА (1977-2000). В целом диссертация докладывалась на межвузовском научном семинаре & ldquo; Проблемы нелинейной механики & rdquo; (ПГАСиА, руководители: профессора Е.М.Кваша и А.И.Маневич, 2000), на научном семинаре по направлению & ldquo; Строительная механика оболочечных систем & rdquo; (Институт механики им. С.П.Тимошенко НАН Украины, руководитель, проф. Я.М.Григоренко, 2001), на межвузовском научном семинаре & ldquo; Актуальные проблемы прикладной математики и механики & rdquo; (Запорожский госуниверситет, руководитель, проф. В.З.Грищак, 2001), на расширенном заседании кафедры вычислительной механики и прочности конструкций Днепропетровского национального университета (2001).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка использованных литературных источников (223 наименования) и приложения. Общий объем работы составляет 277 страниц, в том числе 127 рисунков и 57 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении отмечена роль эксперимента в разв решению проблемы устойчивости тонкостенных конструкций, отмечено научную новизну, теоретическую и практическую значимость результатов, приведены общие сведения о работе и содержание ее разделов.

В разделе I дано краткое описание современного состояния проблемы, рассматривается в диссертации. В частности, обсуждаются возмущающие факторы различной природы (конструкционные, технологические, эксплуатационные), которые могут влиять на выпучивания и несущую способность оболочек. Содержится обоснование актуальности темы, цели и задач исследования. Приведены общую методику эксперимента, требованиях к образцам и испытательного комплекса.

Эксперименты проводились, в основном, в лабораторных условиях на малогабаритных образцах (2R = 86; 143; 172 мм; R / h = 150-795; L / R = 0.3-3.5 где R, L, h - внутренний радиус , рабочая длина и толщина оболочки, соответственно), моделирующие (путем приближенной геометрического подобия) наиболее важные, с точки зрения проведенных исследований, свойства натурных объектов. Все оболочки (как гладкие, так и подкреплены) изготавливались из одного материала (стальная лента Х18Н9н) по единой технологии (контактное точечная сварка с одним продольным швом, контактной сваркой приваривались также подкрепляющие ребра), испытывались с соблюдением единых требований к проведенных наблюдений и измерений. Это позволяло сравнивать данные испытаний, проведенных по различным программам, и в результате существенно расширяло возможности анализа эксперимента. Высокая условная граница текучести материала (02800 МПа, модуль Юнга Е = 191 ГПа, коэффициент Пуассона - = 0.32) способствовала ограничению эффектов пластичности не только на этапах критическому нагрузки оболочек, но и в стадии начального закритического деформирования (при локальных закритических конфигурациях) . Технология изготовления и методика подготовки к испытаниям обеспечивали достаточно высокое качество оболочек, уровень которой снижался по мере увеличения параметра R / h. Средние значения относительных критических нагрузок осевого сжатия = Ncr / Nc (здесь Ncr и Nc - действительное и классическое значение критической нагрузки ГО, в дальнейшем значение различных нагрузок, отнесенных к Nc, будем обозначать верхней чертой) у образцов с R / h = 150, 210, 260 и 360 соответственно составляли = 0.83, 0.75, 0.72 и 0.60. Важнейшая отличительная черта проведенных экспериментальных исследований заключалась в изучении поведения оболочки на всех этапах ее деформирования: докритическом, в процессе потери устойчивости, а также закритическом, вплоть до полного разрушения. Во всех испытаниях (кроме специальных экспериментов) использовалась единая методика нагрузки оболочки осевой сжимающей силой - через шара, центрирующих и специальные плоские испытательные приспособления, обеспечивающие заданные схемы нагрузки и граничные условия. Сжимающее усилие (N) создавалось прессами универсальных испытательных машин УММ-50 (гидравлического типа - силовая нагрузка) и уме-10 тм (механического типа - кинематическое нагрузки), внешнее давление (q) - путем вакуумирования полости оболочки, внутреннее давление (p) - сжатым воздухом. Перед испытаниями проводился контроль качества образцов. В процессе погрузки осевыми сжимающими силами снимались диаграммы & ldquo; N - L (укорочение образца) & rdquo; и & ldquo; N - w (радиальные перемещения) & rdquo ;, фиксировались критические нагрузки Ncr, проводилось тензометрирования поверхности оболочек и ребер.

Как уже отмечалось, эффект локальности начала волнообразования является важнейшей характерной чертой реального процесса выпучивания. Очевидно, что экспериментальное исследование этого эффекта целесообразно связать с изучением влияния на поведение и выпучивания оболочек локализованных возмущений различной природы. Такое исследование и проведенное в разделе 2, где изучаются деформирования и потеря устойчивости продольно сжатых ОО при наличии контролируемых внешних локальных квазистатических возмущений и локализованных искусственных начальных несовершенств в форме срединной поверхности цилиндра.

Ряд особенностей поведения продольно сжатых ОО при локализованных внешних действиях был обнаружен в экспериментах О.О.Рикардо, В.М.Парфенова и

Загрузка...

Страницы: 1 2 3 4






Ещё Рефераты по вашей теме

Технологические основы выращивания кристаллов соединений AIIBVI из расплава под давлением инертного газа - Автореферат
Состояния соматического ЗДОРОВЬЕ "Я И ФАКТОРЫ РИСКА ПО ЕГО НАРУШЕНИЙ У ДЕТЕЙ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА - Автореферат
Запорожская наследие на юге Украины последней четверти XVIII - начала XIX века - Автореферат
Управление эффективным развитием паливопостачальних об объединений Украины на основе контроллинга - Автореферат
Дифракционного взаимодействия нуклонов И ДЕЙТРОНОВ с ядрами При промежуточных энергиях - Автореферат
Теоретические и экспериментальные ПУТИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ водорода НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ двигательных и энергетических установок летательных аппаратов - Автореферат
ЗАКОНОМЕРНОСТИ морфологические изменения АДЕНОГИПОФИЗА ЖИВОТНЫХ В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ И солей тяжелых металлов - Автореферат