Numerical modeling of the processes of deformation and buckling of multilayer shells of revolution under combined quasi-static and dynamic axisymmetric loading with torsion

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

A two-dimensional formulation and method for numerical solution of problems of deformation and loss of stability of multilayer elastoplastic shells of rotation under quasi-static and dynamic axisymmetric loading with torsion have been developed. The defining system of equations is written in a Cartesian or cylindrical coordinate system. Modeling of the process of deformation of shell layers is carried out on the basis of hypotheses of solid mechanics or the theory of Timoshenko-type shells, taking into account geometric nonlinearities. Kinematic relations are written in speeds and formulated in the metric of the current state. The elastic-plastic properties of the shell are described by the generalized Hooke's law or the theory of plastic flow with nonlinear isotropic hardening. The variational equations of motion of the shell layers are derived from the three-dimensional balance equation of the virtual powers of the work of continuum mechanics, taking into account the accepted hypotheses of the theory of shells, either a plane deformed state or a generalized axisymmetric deformation with torsion. Modeling of the contact interaction of shell layers is based on the condition of rigid gluing or the condition of non-penetration along the normal and sliding along the tangential. To solve the governing system of equations, a finite-difference method and an explicit time integration scheme of the “cross” type are used. The method was tested on the problem of buckling of a three-layer cylindrical shell with elastoplastic load-bearing layers of aluminum alloy D16T and an elastic filler under quasi-static and dynamic loading by hydrostatic pressure, linearly increasing with time. The problem was solved in two versions: all three layers were modeled as a finite element of a continuous medium, or the load-bearing layers were modeled as shell elements, and the filler as elements of a continuous medium. The results of calculations using the two models are in good agreement with each other in terms of ultimate pressures and modes of buckling.

Авторлар туралы

Valentin Bazhenov

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: bazhenov@mech.unn.ru
Russia, 603250, Nizhni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23

Elena Linnik

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: elenkalinnik@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5350-9738
ResearcherId: A-9949-2014
Russia, 603250, Nizhni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23

Elena Nagornykh

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: pavlyonkova@mech.unn.ru
ORCID iD: 0000-0003-3330-5954
Russia, 603250, Nizhni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23

Daria Samsonova

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: ozornikova.dasha@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8413-875X
Russia, 603250, Nizhni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23

Әдебиет тізімі

  1. Вольмир А. С. Устойчивость деформируемых систем. Москва : Наука, 1967. 984 с.
  2. Новожилов В. В. Теория тонких оболочек. Ленинград : Судпромгиз, 1962. 432 с.
  3. Голованов А. И., Тюленева О. Н., Шигабутдинов А. Ф. Метод конечных элементов в статике и динамике тонкостенных конструкций. Москва : Физматлит, 2006. 391 с. EDN: QJPXPV
  4. Паймушин В. Н. О формах потери устойчивости цилиндрической оболочки при внешнем боковом давлении // Прикладная математика и механика. 2016. Т. 80, № 1. С. 91–102. EDN: VXVUCH
  5. Паймушин В. Н. Соотношения теории тонких оболочек типа теории Тимошенко при произвольных перемещениях и деформациях // Прикладная механика и техническая физика. 2014. Т. 55, № 5 (327). С. 135–149. EDN: SUKBTV
  6. Dash A. P., Velmurugan R., Prasad M. S. R., Sikarwar R. S. Stability improvement of thin isotropic cylindrical shells with partially filled soft elastic core subjected to external pressure // Thin-Walled Structures, B. 2016. Vol. 98. P. 301–311. https://doi.org/10.1016/j.tws.2015.09.028
  7. Karam G. N., Gibson L. J. Elastic buckling of cylindrical shells with elastic cores—I. Analysis // International Journal of Solids and Structures. 1995. Vol. 32, iss. 8–9. P. 1259–1263. https://doi.org/10.1016/0020-7683(94)00147-O
  8. Карпов В. В., Бакусов П. А., Масленников А. М., Семенов А. А. Математические модели деформирования оболочечных конструкций и алгоритмы их исследования. Часть I. Модели деформирования оболочечных конструкций // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2023. Т. 23, вып. 3. С. 370–410. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2023-23-3-370-410
  9. Бакулин В. Н. Послойный анализ напряженно-деформированного состояния трехслойных оболочек с вырезами // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2019. № 2. С. 111–125. https://doi.org/10.1134/S0572329919020028, EDN: JTXHAI
  10. Иванов В. А., Паймушин В. Н., Полякова Т. В. Исследование форм потери устойчивости ортотропной трехслойной цилиндрической оболочки при кручении // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. Серия: Механика. 2000. № 2 (2). С. 136–146. EDN: HYICZX
  11. Лаврентьев М. А., Ишлинский А. Ю. Динамические формы потери устойчивости упругих систем // Доклады Академии наук. 1949. Т. 64, № 6. С. 776–782.
  12. Farhat C., Wangc K. G., Main A., Kyriakides S., Lee L.-H., Ravi-Chandar K., Belytschko T. Dynamic implosion of underwater cylindrical shells: Experiments and Computations // International Journal of Solids and Structures. 2013. Vol. 50, iss. 19. P. 2943–2961. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2013.05.006
  13. Giezen J. J., Babcock C. D., Singer J. Plastic buckling of cylindrical shells under biaxial loading // Experimental Mechanics. 1990. Vol. 33. P. 337–343. https://doi.org/10.1007/BF02325990
  14. Carvelli V., Panzeri N., Poggi C. Buckling strength of GFRP under-water vehicles // Composites: Part B. 2001. Vol. 32. P. 89–101. https://doi.org/10.1016/S1359-8368(00)00063-9
  15. Ghazijahani T. G., Showkati H. Experiments on conical shell reducers under uniform external pressure // Journal of Constructional Steel Research. 2011. Vol. 67. P. 1506–1515. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2011.03.024
  16. Артемьева А. А., Баженов В. Г., Казаков Д. А., Кибец А. И., Нагорных Е. В. О больших деформациях и предельных состояниях упругопластических оболочек вращения при комбинированных сложных нагружениях // Прикладная математика и механика. 2015. Т. 79, вып. 4. С. 558–570. EDN: UXGMOT
  17. Баженов В. Г., Зефиров С. В., Цветкова И. Н. Численное моделирование задач нестационарного контактного взаимодействия деформируемых конструкций // Прикладные проблемы прочности и пластичности. Численное моделирование физико-механических процессов : межвуз. сб. Вып. 52. Москва : Товарищество научных изданий КМК, 1995. С. 154–160.
  18. Ломунов В. К. Упруго-пластическое выпучивание гладких, составных и подкрепленных оболочек вращения при осевом ударе : дис. . . . канд. техн. наук. Горький, 1979.
  19. Ярцев В. П., Андрианов К. А., Иванов Д. В. Физико-механические и технологические основы применения пенополистирола при дополнительном утеплении зданий и сооружений. Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. 120 с. EDN: QNPCOT
  20. Плескачевский Ю. М., Леоненко Д. В. Анализ собственных частот трехслойных цилиндрических оболочек в упругой среде // Актуальные вопросы машиноведения. 2012. Т. 1. С. 244–246. EDN: YMDHKR
  21. Пастернак П. Л. Основы нового метода расчета фундаментов на упругом основании при помощи двух коэффициентов постели. Москва : Госстройиздат, 1954. 56 с.
  22. Баженов В. Г., Жегалов Д. В., Павленкова Е. В. Численное и экспериментальное исследование упругопластических процессов растяжения-кручения осесимметричных тел при больших деформациях // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2011. № 2. C. 57–66. EDN: NHLAKX
  23. Баженов В. Г., Нагорных Е. В., Самсонова Д. А. Исследование применимости модели основания Винклера для описания контактного взаимодействия упругопластических оболочек с заполнителем при внешнем давлении // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2020. № 4. С. 36–48. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.4.04

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML


Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қолжетімді Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».