ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ, ЗАПОЛНЕННЫХ СЫПУЧИМ МАТЕРИАЛОМ, ПРИ КРУЧЕНИИ
Основное содержимое статьи
Аннотация
Экспериментальные исследования выполнены с целью изучения влияния сыпучего заполнителя на устойчивость оболочек при кручении. В отечественной и зарубежной литературе не обнаружены нами публикации, где рассматривалось бы устойчивость тонкостенных оболочек, заполненных сыпучим материалом, при кручении. Для выполнения экспериментов разработана и изготовлена специальная установка, позволяющая испытывать образцы на кручение, на изгиб и на сложное нагружение, нагружая образцы соответствующим образом. До испытаний производился отбор образцов на отсутствие дефектов в виде вмятин, овальности, разностенности, постоянства размеров поперечного сечения. Известно, что дефекты образцов существенно влияют на устойчивость. Образцы испытывались длиной 140 мм, 90 мм, 25 мм. Образцы изготавливались глубокой вытяжкой из высокопластичного алюминиевого сплава 3004 в состоянии Н19. В данном случае один конец образцов жестко закреплялся к установке, к другому концу прикладывался крутящий момент, который возрастал до потери устойчивости образцов. В начале и в конце испытания нагружали образцы малыми порциями, чтобы уловить начало движения и начало потери устойчивости. Установка позволяла создавать различные граничные условия образцов. В экспериментах измеряли крутящий момент и угол закручивания. Построены линейные зависимости угла закручивания от крутящего момента. Значит устойчивость терялась в упругости. Для образцов, заполненных сыпучим заполнителем, в начале процесса закручивания имело место нелинейная зависимость между крутящим моментом и углом закручивания. Это связано с возникновением сил трения между заполнителем и внутренней стенкой образцов, которые создавали противодействующий крутящий момент. Затем графики для пустых и заполненных образцов увеличивались параллельно друг другу.
Для пустых образцов [1] рассчитывались критические напряжения, критические углы закручивания, число образовавшихся волн, их направление. Получена сходимость расчетных и экспериментальных параметров в пределах 36%. Сыпучий заполнитель, в виде железного порошка увеличивал значение критического крутящего момента до 17%.
Скачивания
Информация о статье
Библиографические ссылки
Volmir A.S. (1967) Ustoichivost deformiruemykh system. Stability of deformable systems. Moscow. Fizmatgiz. 984p.
Grigoliuk E.I. (1978) Ustoichivost obolochek. Shell Resistance. Moscow. Nauka. 360 p.
Pikul V.V. (2000) Current State of Shell Theory and Prospects for its Development. The current state of the theory of shells and the prospects for its development. Mekhanika tverdogo tela. no. 2: pp. 153-168.
Konoplev Yu.G. (1966) Experimental study of the problem of the action of a concentrated force on a cylindrical shell. Experimental study of the problem of the action of a concentrated force on a cylindrical shell. Kazan, KGU. no. 4: pp. 83-90.
Ilgamov M.A. (1964) Experimental study of the stability of a cantilevered cylindrical shell under the action of a transverse force and internal pressure. Research on the theory of plates and shells. Kazan, KGU, no. 2, pp. 186-191.
Sachenkov A.V. (1970) Theoretical and experimental method for studying the stability of plates and shells. Research on the theory of plates and shells. – Kazan: Publishing House of Kazan State University. – Issue 617. – pp. 391-433.
Mathon C., Limam A. (2006) Experimental collapse of thin cylindrical shells submitted to internal pressure and pure bending. ThinWalled Structures, vol. 44, no. 1, pp. 39-50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tws.2005.09.006
Li L.-Y., Kettle R. (2002) Nonlinear bending response and buckling of ringstiffened cylindrical shells under pure bending. International Journal of Solids and Structures, vol. 39, no. 3, pp. 765-781. DOI: https://doi.org/10.1016/S0020-7683(01)00174-3
Boyko D.V., Zheleznov L.P., Kabanov V.V. (2012) Investigation of nonlinear deformation and stability of reinforced oval cylindrical shells under combined loading by bending moment and marginal transverse force. Solid state mechanics. No. 3. pp. 47-53. DOI: https://doi.org/10.3103/S0025654412030041
Brazier L. (1927) On the flexure of thin cylindrical shells and other thin sections. Proc. Roy. Soc. Vol. A116. No. 773. P. 104–114. DOI: https://doi.org/10.1098/rspa.1927.0125
Mossakovsky V.I., Manevich L.I., Miltsyn A.M. (1977) Modeling of the bearing capacity of cylindrical shells. Kiev: Nauk. Dumka. 141 p.
Ilgamov M.A., Ivanov V.A., Gulin B.V. (1987). Calculation of shells with elastic filler. M.: Nauka. 260 p.
Houliara S., Karamanos S.A. (2010) Stability of long transversely-isotropic elastic cylindrical shells under bending. International Journal of Solids and Structures, vol. 47, no. 1, pp. 10-14. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2009.09.004
Axelrad E.L. (2000) Shell theory and its specialized branches. Int.J. Solids and struct, vol. 37, no. 10, pp. 1425-1451. DOI: https://doi.org/10.1016/S0020-7683(98)00328-X
Yan W., Ying J., Chen W.Q. (2007) The behavior of angle-ply laminated cylindrical shells with viscoelastic interfaces in cylindrical bending. Composite Structures, vol. 78, no. 4, pp. 551-559. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2005.11.017
Zeinoddini M., Harding J.E., Parke G.A.R. (2008) Axially preloaded steel tubes subjected to lateral impacts (a numerical simulation). International Journal of Impact Engineering, no. 35, pp. 1267-1279. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2007.08.002
Fajuyitan O.K., Sadowski A.J., Wadee M.A., Rotter J.M. (2018) Nonlinear
behavior of short elastic cylindrical shells under global bending. Thin-Walled Structures, vol. 124, pp. 574-587.
M.V. Petrov, T.G. Fedorova, В. V. Mihaylov, E G. Gonik, N.G. Pfanenshtil (2018) The influence of imperfections of the geometry of thinwalled cylindrical shells filled with bulk material, their flexural buckling. New in architecture, design construction and renovation: Proceedings of the IV International (X All-Russia) Conference (NADCR-2018). The Chuvash State University, Cheboksary, P. 148 - 156.
Petrov M.V., Mikhailov B.V., Gonik E.G., Ivanov V.A. (2021). Experimental study of the loss of stability of thin-walled cylindrical shells with bulk filler during torsion. Modern issues of continuum mechanics. collection of articles based on the materials of the III International Conference. Cheboksary: ID "Sreda". P.71-78.
Bazhenov V.G., Gonik E.G., Kibets A.I., Petrov M.V., Fedorova T.G., Frolova I.A. (2017). Experimental and theoretical study of elastoplastic buckling of cylindrical shells filled with bulk material under the action of a transverse force. Scientific notes of Kazan University. Series of Physical and Mathematical Sciences. vol. 159, no. 2, pp. 231–245.
Bazhenov V.G., Kibets A.I., Petrov M.V., Shoshin D.V. (2008). Numerical analysis of deformation, loss of stability and supercritical behavior of large-sized containers for automobile transportation of bulk cargo. Problems of strength and plasticity, no. 70. pp. 89-97. DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2008-70-1-89-97
Petrov M.V., Fedorova T.G., Gonik E.G., Pfanenstil N.G. (2018). Method of approximate calculation for stability during transverse bending of thin-walled cylindrical shells of medium length filled with bulk material. Bulletin of the Chuvash State Pedagogical University. Series: Mechanics of the limit state. No. 4(38). pp. 120-128.
Bazhenov V.G., Gonik E.G., Kibets A.I., Kibets Yu. I., Pavlenkova E.V., Petrov M.V., Fedorova T.G. (2013). Finite-element solution of the problem of stability and supercritical behavior of tank trucks for bulk cargo transportation. Problems of strength and plasticity. V.75. no.1. pp. 056-062. DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2013-75-1-56-62
Ivanov V.A. (1983). Research on the theory of shells with a placeholder. Kazan.
Zubchaninov V.G. (2007). Stability and plasticity. In 2 t. t. 1. Stability. M.: Fizmatlit. 448p.
Safiullin F.H. (1978). To the bending of cylindrical shells with filler under local loads. Collection: Research on the theory of shells. Tr. of the seminar of the KFTI KFAN of the USSR, Kazan, rel. 10. pp. 97-103.
Rotter J. M., Sadowski A. J., Chen L. (2014). Nonlinear stability of thin elastic cylinders of different length under global bending. International Journal of Solids and Structures, vol. 51, pp.2826-2839. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2014.04.002
Xu Z., Gardner L., Sadowski A.J. (2017). Nonlinear stability of elastic elliptical cylindrical shells under uniform bending. International Journal of Mechanical Sciences, vol. 128-129, pp. 593-606. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2017.05.022
Wang J., Sadowski A. J. (2018). Elastic imperfect tip-loaded cantilever cylinders of varying length. International Journal of Mechanical Sciences, vol. 140, pp. 200-210. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.02.027
Fajuyitan O.K., Sadowski A.J., Wadee M.A., Rotter J.M. (2018). Nonlinear behaviour of short elastic cylindrical shells under global bending. Thin-Walled Structures, vol. 124, pp. 574-587. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tws.2017.12.018
Boyko D.V., Zheleznov L.P., Kabanov V.V. (2012). Investigation of nonlinear deformation and stability of non–circular cylindrical shells under transverse bending. M.: Mechanics of a solid body. No. 2. pp. 59-67.