Шукуров А.Х

Днепропетровский национальный университет.

Экспериментальное исследование влияния локальных кинематических возмущений на устойчивость цилиндрических оболочек, нагруженных внешним давлением.

Работа выполнена в рамках подхода предложенного в [1]. В работе [2] экспериментально показано, что с точки зрения динамичности внешнего воздействия квазистатическое воздействие кинематического типа является крайним случаем. Приводятся результаты экспериментальных исследований устойчивости и закритического поведения цилиндрических оболочек, нагруженных равномерным внешним давлением, при локальных кинематических возмущениях, расположенных периодически в окружном направлении. Определяются области существования и устойчивости полученных таким путем закритических форм.

Испытания проводились на оболочках, изготовленных из стальной ленты марки Х18Н9–Н путем точечной сварки. Модуль упругости материала Е = 1,91·10¹¹ Н/м². Геометрические параметры оболочек: 2R = 0,114 м; L = 0,11 м. Номинальная толщина h = 10^-4 м. Создавались условия закрепления близкие к шарнирному опиранию. Внешнее избыточное давление обеспечивалось вакуум-насосом, его регистрировали образцовым вакуумметром. Для получения на оболочке локальных вмятин, регулярно расположенных в окружном направлении, использовалось специальное приспособление, схема которого приведена в работе [3].

Был принят следующий порядок испытаний. Первоначально шесть оболочек были испытаны без действия внешних возмущений с целью определения параметра верхней критической нагрузки. Переход оболочки в закритическое состояние осуществлялся резким хлопком с образованием восьми продольных вмятин (n = 8). Для остальных оболочек задавалось определенное число локальных кинематических воздействий (m = 1, 2, 4, 8, 12, 16) с фиксированной величиной амплитуды прогиба w и затем давалось внешнее давление вплоть до общей потери устойчивости.

Результаты испытаний 52 оболочек представлены в графической форме на рис. 1. По оси ординат отложен безразмерный параметр кольцевых сжимающих напряжений = q_э /q_т (q_т – критическое давление, определяемое по линейной теории), по оси абсцисс – относительная величина кинематического воздействия W = . Приведены усредненные кривые для характерных локальных возмущенных форм m.

Как видно, наиболее «опасной» является возмущенная локальная форма, совпадающая с формой потери устойчивости оболочки без внешних воздействий (m = 8) Для m = 12 при глубине W = 4–12 происходит увеличение параметра критического давления и перестройка формы потери устойчивости от n = 8 к n = 12. Для m = 16 в диапазоне W = 1–5 происходит увеличение до 30% критического напряжения. Форма общей потери устойчивости остается постоянной n = 8. Коэффициент нижнего критического напряжения для общей формы выпучивания составил q = 0,57 и является достаточно стабильной величиной.

Анализ полученных результатов позволяет утверждать, что оболочка, нагруженная внешним давлением, обладает гораздо меньшей чувствительностью к внешним возмущениям со случаем осевого сжатия [3], [4], при котором с увеличением числа локальных воздействий наблюдается заметное снижение как нижних, так и верхних критических нагрузок. Теоретические исследования в рамках изучаемого подхода для случая внешнего давления должны учитывать выявленные нелинейные эффекты взаимодействия форм выпучивания.

Рис. 1. Зависимость критических напряжений внешнего давления от величины прогиба для разного числа локальных кинематических возмущений

Литература:

1. Панферов В.М., Тринчер В.К. Об одном подходе к теоретическому и экспериментальному исследованию устойчивости оболочек по отношению к конечным возмущениям. //Научные труды Ин-та механики МГУ. – М., 1971. – №8. – с. 35-41.

2. Моссаковский В.И., Маневич Л.И., Прокопало Е.Ф. О влиянии характера локального возмущения на величины энергетических барьеров для сжатых оболочек. // ДАН СССР. – М., 1975. – Т. 222. – №4 – с. 778 – 781.

3. Евкин А.Ю. Прокопало Е.Ф., Шукуров А.Х. Исследование закритических форм равновесия продольно сжатой цилиндрической оболочки. //Строительная механика и расчет сооружений. – М., 1981. – №6. – с. 45-47.