Numerical modeling of the processes of deformation and buckling of multilayer shells of revolution under combined quasi-static and dynamic axisymmetric loading with torsion
- Авторлар: Bazhenov V.G.1, Linnik E.Y.1, Nagornykh E.V.1, Samsonova D.A.1
-
Мекемелер:
- National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod
- Шығарылым: Том 24, № 1 (2024)
- Беттер: 14-27
- Бөлім: Mechanics
- URL: https://journals.rcsi.science/1816-9791/article/view/353470
- DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2024-24-1-14-27
- EDN: https://elibrary.ru/DFKLFV
- ID: 353470
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
- Вольмир А. С. Устойчивость деформируемых систем. Москва : Наука, 1967. 984 с.
- Новожилов В. В. Теория тонких оболочек. Ленинград : Судпромгиз, 1962. 432 с.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Лаврентьев М. А., Ишлинский А. Ю. Динамические формы потери устойчивости упругих систем // Доклады Академии наук. 1949. Т. 64, № 6. С. 776–782.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- Ломунов В. К. Упруго-пластическое выпучивание гладких, составных и подкрепленных оболочек вращения при осевом ударе : дис. . . . канд. техн. наук. Горький, 1979.
- 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
- 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
- Пастернак П. Л. Основы нового метода расчета фундаментов на упругом основании при помощи двух коэффициентов постели. Москва : Госстройиздат, 1954. 56 с.
- 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
- 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


