Экспериментальное исследование упругопластической деформации цилиндрической оболочки из стали 45

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальность. Применение оболочек в качестве тонкостенных конструкций для различных отраслей промышленности весьма разнообразно. В авиастроении широко используются сферические оболочки, в нефтегазодобывающей отрасли - круговые цилиндрические, в строительной отрасли нашли применение более 30 аналитических форм оболочек. Все элементы оболочечных конструкций, без сомнения, подлежат различным прочностным расчетам. Также отдельную роль в исследовании занимает экспериментальная часть, которая подтверждает или опровергает расчетные уравнения, что говорит о несомненной перспективе и актуальности моделирования нагружения оболочечных конструкций. Цель исследования - оценка состояния тонкостенной оболочки при трехпараметрическом нагружении силами растяжения, сжатия и кручения. Методы. Представлены экспериментальные исследования по деформированию оболочек, проводимые в лабораторных условиях на опытных образцах из стали 45 ГОСТ 1050-2013, причем моделируются условия нагружения образца, схожие с возможными условиями приложения нагрузок на существующие конструкции. Результаты. Приведены экспериментальные диаграммы деформирования материала образца в различных плоскостях, дана оценка развитости деформирования оболочки после приложения на нее совместных усилий растяжения и кручения, а также сжатия и кручения до разрушения материала. Для актуальности проводимого эксперимента подобрана реальная конструкция, которая при создании определенных условий может испытывать соответствующие опытные нагрузки.

Об авторах

Степан Валерьевич Черемных

Тверской государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: cheremnykh_s.v@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4620-117X

кандидат технических наук, доцент кафедры конструкций и сооружений

Российская Федерация, 170026, Тверь, наб. Аф. Никитина, д. 22

Список литературы

  1. Bochkarev S.A., Lekomtsev S.V., Matveenko V.P., Senin A.N. Hydroelastic stability of partially filled coaxial cylindrical shells. Acta Mechanica. 2019;230(11):3845-3860. http://doi.org/10.1007/s00707-019-02453-4
  2. Burzyński S. On FEM analysis of cosserat-type stiffened shells: static and stability linear analysis. Continuum Mechanics and Thermodynamics. 2021;33:943-968. http://doi.org/10.1007/s00161-020-00928-7
  3. Safarov I.I., Kulmuratov N.R., Ishmamatov M.R., Xalilov Sh.F., Nuriddinov B. Stability of ribbed viscoelastic geometric nonlinear conic shells under dynamic loading. Theoretical & Applied Science. 2020;(2(82)):355-361. http://doi.org/10.15863/TAS.2020.02.82.58
  4. Van Dung D., Nga N.T., Vuong P.M. Nonlinear stability analysis of stiffened functionally graded material sandwich cylindrical shells with general sigmoid law and power law in thermal environment using third-order shear deformation theory. Journal of Sandwich Structures and Materials. 2019;21(3):938-972. http://doi.org/10.1177/1099636217704863
  5. Malek S., McRobie A., Shepherd P., Williams C. From a weightless bent wire coat hanger to shell structures via the Beltrami stress tensor. Journal of the International Association for Shell and Spatial Structures. 2017;58(1):39-50. http://doi.org/10.20898/j.iass.2017.191.839
  6. Zubchaninov V.G., Alekseeva E.G., Alekseev A.A., Gultiaev V.I. Modeling of elastoplastic steel deformation in two-link broken trajectories and delaying of vector and scalar material properties. Materials Physics and Mechanics. 2019;42(4):436-444. http://doi.org/10.18720/MPM.4242019_8
  7. Taraghi P., Zirakian T., Karampour H. Parametric study on buckling stability of CFRP-strengthened cylindrical shells subjected to uniform external pressure. Thin-Walled Structures. 2021;161:107411. http://doi.org/10.1016/j.tws.2020.107411
  8. Govind P.L. Complicated features and their solution in analysis of thin shell and plate structures. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2018;14(6):509-515. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-6-509-515
  9. Petrolo M., Carrera E. Best theory diagrams for multilayered structures via shell finite elements. Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences. 2019;6(1):4. http://doi.org/10.1186/s40323-019-0129-8
  10. Rahmanian M., Javadi M. A unified algorithm for fully-coupled aeroelastic stability analysis of conical shells in yawed supersonic flow to identify the effect of boundary conditions. Thin-Walled Structures. 2020;155:106910. http://dx.doi.org/10.1016/j.tws.2020.106910
  11. Musa A.E.S., Al-Shugaa M.A., Al-Gahtani H.J. An equivalent imperfection-based FE simulation of the stability of dented cylindrical shells accounting for unintended imperfections. Thin-Walled Structures. 2021;158:107159. http://doi.org/10.1016/j.tws.2020.107159
  12. Carrera E., Valvano S., Kulikov G.M. Electro-mechanical analysis of composite and sandwich multilayered structures by shell elements with node-dependent kinematics. International Journal of Smart and Nano Materials. 2018;9(1):1-33. http://doi.org/10.1080/19475411.2017.1414084
  13. Soltani Z., Hosseini Kordkheili S.A. Interlaminar stress analysis of composite shell structures using a geometrically nonlinear layer-wise shell finite element. Composite Structures. 2021;257:113074. http://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113074
  14. Cheremnykh S., Kuzhin M. Solution of the problem of stability of 40x steel shell. Journal of Physics: Conference Series. International Scientific Conference on Modelling and Methods of Structural Analysis, MMSA 2019. 2020; 1425:012191. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1425/1/012191
  15. Cheremnykh S., Zubchaninov V., Gultyaev V. Deformation of cylindrical shells of steel 45 under complex loading. E3S Web of Conferences. 22nd International Scientific Conference on Construction the Formation of Living Environment, FORM 2019. 2019;97:04025. http://doi.org/10.1051/e3sconf/20199704025
  16. Moita J.S., Araújo A.L., Mota Soares C.M., Correia V.F., Herskovits J. Material distribution and sizing optimization of functionally graded plate-shell structures. Composites Part B: Engineering. 2018;142:263-272. http://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.01.023
  17. Norouzzadeh A., Ansari R. Nonlinear dynamic behavior of small-scale shell-type structures considering surface stress effects: an isogeometric analysis. International Journal of Non-Linear Mechanics. 2018;101:174-186. http://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2018.01.008
  18. Gerasimidis S., Virot E., Hutchinson J.W., Rubinstein S.M. On establishing buckling knockdowns for imperfection-sensitive shell structures. Journal of Applied Mechanics, Transactions ASME. 2018;85(9):091010.
  19. Li G., Carrera E., Cinefra M., de Miguel A.G., Pagani A., Zappino E., Kulikov G.M. Evaluation of shear and membrane locking in refined hierarchical shell finite elements for laminated structures. Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences. 2019;6(1):8. http://doi.org/10.1186/s40323-019-0131-1
  20. Lamine D.M., Djamal H., Oussama T., Ayoub A., Khechai A. Effect of boundary conditions and geometry on the failure of cylindrical shell structures. Engineering Solid Mechanics. 2020;8(4):313-322. http://doi.org/10.5267/j.esm.2020.4.001
  21. Sun S., Liu L. Parametric study and stability analysis on nonlinear traveling wave vibrations of rotating thin cylindrical shells. Archive of Applied Mechanics (Ingenieur Archiv). 2021. http://doi.org/10.1007/s00419-021-01934-0
  22. Mohammed N.M., Creagh S.C., Tanner G. Tunnelling around bends-wave scattering in curved shell structures. Wave Motion. 2021;101:102697.
  23. Sedira L., Hecini M., Hammadi F., Ayad R., Meftah K. Discrete-Mindlin finite element for nonlinear geometrical analysis of shell structures. Computational and Applied Mathematics. 2016;35(3):951-975. http://doi.org/10.1007/s40314015-0279-3
  24. Pietraszkiewicz W., Konopińska V. Junctions in shell structures: a review. Thin-Walled Structures. 2015;95:310-334. http://doi.org/10.1016/j.tws.2015.07.010
  25. Muc A., Flis J., Augustyn M. Optimal design of plated/shell structures under flutter constraints-a literature review. Materials. 2019;12(24):4215. http://doi.org/10.3390/MA12244215
  26. Abrosimov N.A., Elesin A.V., Igumnov L.A. Numerical simulation of the process of loss of stability of composite cylindrical shells under combined quasi-static and dynamic actions. Mechanics of Composite Materials. 2019;55(1):41-52. http://doi.org/10.1007/s11029-019-09790-4
  27. Abrosimov N.A., Elesin A.V., Igumnov L. Computer simulation of the process of loss of stability of composite cylindrical shells under combined quasi-static and dynamic loads. Advanced Structured Materials. 2021;137:125-137. http://doi.org/10.1007/978-3-030-53755-5_9
  28. Karpov V.V., Semenov A.A. Mathematical models and algorithms for studying strength and stability of shell structures. Journal of Applied and Industrial Mathematics. 2017;11(1):70-81. http://doi.org/10.1134/s1990478917010082

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».