Механика композитных материалов 5 1979
..pdfтах исследовано влияние параметров заполнителя, размеров отверстия и жесткостей подкрепляющих колец на величину коэффициентов кон центрации напряжений. Установлено, что соответствующим подбором жесткостей заполнителя можно добиться уменьшения величины концен трации напряжений около отверстий.
Для сферической оболочки с легким заполнителем в79-84 решен ряд задач в случае криволинейных отверстий. В79-82 получены результаты для эллиптического отверстия, исходя из уравнений в эллиптической системе координат, а в остальных работах — исходя из метода возму щения формы границы3-4. Рассмотрены овальные, эллиптические, квад ратные и треугольные отверстия. Вычисления проведены с учетом двух приближений.
Результаты для сферической оболочки с двумя круговыми отвер стиями получены в85. Рассмотрен случай жесткого заполнителя. К ре шению бесконечной системы алгебраических уравнений применялся из вестный метод редукции. Исследовано взаимодействие отверстий при сближении контуров.
В работах86-87 рассмотрены задачи для прямоугольных отверстий в трехслойной цилиндрической оболочке с легким заполнителем. Решение построено в рядах Фурье по окружной координате для отдельных час тей оболочки. Численных расчетов не производилось.
В88 предложен алгоритм численного решения задачи об определении частот собственных колебаний и критической нагрузки трехслойной цилиндрической оболочки с прямоугольным вырезом. Несущие слои предполагались изотропными, а заполнитель — трансверсально-изо тропным.
6. Экспериментальные исследования. В ряде работ, посвященных экспериментальным исследованиям напряженно-деформированного со стояния ортотропных оболочек с вырезами, ставились задачи проверки точности приближенных решений и разработки практических рекомен даций для расчета и проектирования элементов конструкций.
В работе89 изложены методика и результаты испытаний цилиндри ческих стеклопластиковых оболочек с круговым отверстием, проведен ных путем тензометрирования деформированного состояния в области отверстий. Исследовалась серия многослойных (11 слоев) оболочек, из готовленных из стеклонити нс 150/2 и связующего ЭФБ-2м. Показание тензодатчиков регистрировалось специально разработанным прибором СИД при сжатии оболочки на испытательной машине. По усредненным данным строились графики деформированного состояния.
Произведено сравнение полученных экспериментальных значений с результатами теоретического решения данной задачи вариационным методом4-62. Расчетные значения, полученные с удержанием в рядах (4.7) до восьми членов, удовлетворительно согласуются с опытными данными.
В90 исследовано распределение напряжений около отверстия в ортотропной цилиндрической оболочке путем тензометрирования и прове дено сравнение с теоретическим решением, полученным также вариа ционным методом, но по теории ортотропных оболочек без учета деформаций межслоевых сдвигов.
Следует отметить, что удовлетворительное совпадение эксперимен тальных и расчетных результатов89-90 подтверждает достоверность ре шений, полученных вариационными методами.
Исследование распределения напряжений по контуру прямоуголь ного выреза с закругленными углами в стеклопластиковой оболочке проведено в91. Аналогичные результаты для такой же оболочки с кру говым отверстием получены в92.
В работах20-21 приведен ряд экспериментальных результатов для стсклопластиковой оболочки при кручении. Изучалось влияние величины отверстия на коэффициент концентрации напряжений. Результаты
8 2 9
7.Гузь О. М. Осесиметрична деформщя пологих ортотропних оболонок обертаН11Я — Допов. АН УРСР, 1962, № 8, с. 11)44—1047.
8.Дарнаухов В. 1'. Но концентращю напружень б1ля кругового отвору в сфе-
рнчшй ашзотропнш оболонщ. — Прикл. механика, 1902, т. 8, J№ 6, с. 679—082.
9.Сяський А. А. Концентрация напряжений в кусочно-однородной ортотропной сферической оболочке с криволинейным отверстием. — Прикл. механика, 1978, т. 14, j\o 4 ( с. 132— 136.
10.Мукоед А. П. О напряженном состоянии около кругового отверстия в цилин дрической ортотропной оболочке. — Прикл. механика, 1970, т. 6, № 11, с. 26—31.
11.Мукоед А. П. Концентрация напряжений в анизотропных и слоистых ооолочках вращения. — Прикл. механика, 1966, т. 2, № 11, с. 37—46.
12. мукоед А. И., Чигиринский А. В., Шульга Н. А. О тепловых напряжениях
в ортотропной цилиндрической оболочке, ослабленной круговым отверстием. — В кн.: Тепловые напряжения в элементах конструкций, 1971, вып. 11, с. 73—/6 (Киев).
13.Ашмарин Ю. А. Концентрация напряжений около кругового отверстия в орто тропной цилиндрической оболочке. — Прикл. механика, 1966, т. 2, № 2, с. 44—48.
14.Ашмарин Ю. А. О напряженном состоянии около кругового отверстия в орто тропной цилиндрической оболочке. — Прикл. механика, 1966, т. 2, № 7, с. 22—26.
15.Ашмарин Ю. А. Напряженное и деформированное состояние ортотропной ци
линдрической оболочки, ослабленной круговым отверстием. — В кн.: Теория пластин
иоболочек. М., 1966, с. 98—102.
16.Ашмарин Ю. А. Влияние величины модуля сдвига на концентрацию напряже
ний. — Прикл. механика, 1967, т. 3, № 2, с. 57—61.
17. 1'узь О. М. Концентращя напружень б1ля кругового отвору, шдкршлсного жорстким патрубком, в цилждричшй ортотропнш оболонщ. — Допов. АН УССР, 1962,
№12, с. 18У4—15У7.
18.Гузь А. В. Приближенные решения некоторых задач о концентрации напря
жений около отверстии в изотропных и ортотропных оболочках. — В кн.: Теория обо лочек и пластин. Ереван, 1964, с. 431—436.
19. Озеров В. И. Исследование напряженного состояния около подкрепленного от верстия в ортотропной цилиндрической оболочке. — Прикл. механика, 1У73, т. 9, № 9,
с.82—86.
20.Пытель Л. П. Кручение ортотропной цилиндрической оболочки, ослабленной
отверстием. — Сб. тр. Всесоюз. заоч. политехи, пн-та, 1970, вып. 59, с. 90—93 (М.). 21. Пытель Л. U. Экспериментальное исследование напряженного состояния вблизи выреза в цилиндрической оболочке из стеклопластика при кручении. — Сб. тр. Все
союз. заоч. политехи, нн-та, 1973, вып. 81, с. 197—202 (М.).
22. Пытель Л. П., Кукушкин В. Г. О концентрации напряжений вблизи выреза на поверхности ортотропной цилиндрической оболочки. — Прикл. механика, 1973, т. 9,
№3, с. 114—117.
23.Борзых Е. П. Алгоритм численного расчета пологой ортотропной оболочки па
прямоугольном плане с прямоугольным отверстием. — Тр. ЦНИИСК, 1970, № 9, с. .104—109 (М.).
24. Мельников В. Б. О концентрации напряжений в круговой ортотропной цилин дрической оболочке, ослабленной круговым отверстием. — Тр. XIII конф., посвящ. памяти П. Ф. Папковича. Л., 1965, с. 31.
25. Руднев В. Г. К вопросу о напряженном состоянии ортотропной цилиндрической оболочки с прямоугольным вырезом. — Сб. тр. Всесоюз. заоч. политехи, ин-та, 1972,
вып. 73, с. 58—62 (М.).
26. Руднев В. Г. Напряженно-деформированное состояние ортотропной круговой
цилиндрической |
оболочки, ослабленной прямоугольным вырезом. — Сб. тр. Всесоюзн. |
|
заочн. политехи, ин-та, |
1972, вып. 73, с. ПО— 113 (М.). |
|
27. Пирогов |
И. М., |
Приказчиков Г. П., Старцева Л. П. Растяжение стеклопластн- |
ковой цилиндрической оболочки с прямоугольным вырезом. — Сб. тр. Всесоюз. заочн.
политехи, ин-та, |
1972, вып. 73, с. 37—44 (М.). |
оболочки |
28. Пирогов |
И. М., Селицкий Ф. И. Изгиб консольной цилиндрической |
|
из стеклопластика, ослабленной круговым вырезом. — Механика полимеров, |
1970, № 1, |
с.152—157.
29.Пирогов И. М., Старцева Л. П. Уравнения ортотропной цилиндрической обо
лочки в эллиптических координатах. — Сб. тр. Всесоюз. заоч. политехи, пн-та, 1969, вып. 52, с. 50—61 (М.).
30. Пирогов И. М., Юматов В. П. О распределении напряжений возле квадрат ного выреза в стеклопластиковой цилиндрической оболочке. — Сб. тр. Всесоюз. заоч. политехи, ин-та, 1970, вып. 59, с. 82—86 (М.).
31. Горошко О. А., Стрельченко И. Г О напряженно-деформированном состоянии в области пересечения цилиндрических ортотропных оболочек постоянной толщины. — Прикл. механика, 1976, т. 12, № 3, с. 9—13.
32.Кичигин В. Г., Юрченко Т. А. Ортотропная цилиндрическая оболочка с дпоякопсрнодической системой отверстии. — Тр. Николаевск, кораблестроит. пн-та, 1974, вып. 90, с. 135—142.
33.Луговой П. 3. Концентращя напружень б1ля отвору в ашзотропнш оболонщ. —
Допов. АН УРСР. Сер. А, 1978, № 4, с. 319—322.
831
34.Луговой П. 3., Рындюк М. А. Исследование распределения напряжений возле
отверстия в ортотропной конической оболочке. — Прикл. механика, 1976, т. 12, № 3,
с.34—39.
35.Шульга Н. А., Луговой П. 3. Упругое равновесие ортотропной конической обо лочки с круговым отверстием. — Прикл. механика, 1974, т. 10, № 2, с. 127—32.
36.Галущак О. В. Напряженное состояние стеклопластиковых оболочек вращения переменной толщины с подкрепленным отверстием. — В кн.: Устойчивость и деформативность элементов конструкций из композиционных материалов. Киев, 1972, с. 49—54.
37.Галущак О. В., Кошевой И. К. Напряженное состояние около кругового от верстия в ортотропных сферических оболочках линейно-переменной толщины. — Ме ханика полимеров, 1974, № 2, с. 294—298.
38.Потубин О. В., Толоконников Л. А. Концентрация напряжений в области от
верстий в оболочках вращения, выполненных из разномодульных материалов. — Тех нология машиностроения, 1969, вып. 14, с. 14,0— 154.
39.Иванов О. И. Напряженное состояние осесимметрично нагретого ортотропного днища, ослабленного круговым отверстием. — Прикл. механика, 1965, т. 1, № 10,
с.127—132.
40.Гавеля С. П., Давыдов И. А. Расчет напряженно-деформированного состояния ортотропных пологих оболочек с отверстиями. — В кн.: Устойчивость и прочность элементов конструкций. Днепропетровск, 1973, с. 176—183.
41.Пелех Б. Л. Теория оболочек с конечной сдвиговой жесткостью. Киев, 1973,
248с.
42.Пелех Б. Л., Сяський А. А. Распределение напряжений возле отверстий в по датливых на сдвиг анизотропных оболочках. Киев, 1975. 198 с.
43.Сяський А. А., Лунь Е. И. Граничные условия для оболочки с отверстием, край
которого подкреплен тонким упругим стержнем. — Прикл. механика, 1975, т. 11, № 3, с. 25—32.
44. Шнеренко К. И. Влияние деформаций сдвига на напряженное состояние сфе рической оболочки, ослабленной отверстиями. — Прикл. механика, 1971, т. 7, № 3,
с.21—27.
45.Забияка Г И. Концентрация напряжений в сферической многослойной обо лочке несимметричного строения около подкрепленного отверстия. — В кн.: Динамика и прочность горных машин, 1975, вып. 3, с. 42—45 (Киев).
46.Забияка Г И., Конох В. И. Напряженное состояние многослойной сферической оболочки несимметричного строения с отверстием. — В кн.: Гидроаэромеханика и тео
рия сооружений, 1974, вып. 18, с. 119—121 (Харьков).
47.Забияка Г И., Прусаков А. П. О концентрации напряжений в многослойных оболочках несимметричного строения. — Прикл. механика, 1974, т. 10, № 6, с. 11—16.
48.Пелех Б. Л. Некоторые вопросы теории и расчета анизотропных оболочек и пластин с низкой сдвиговой жесткостью. — Механика полимеров, 1970, № 4, с. 693—714.
49.Пелех Б. Л., Лунь Е. И. Концентрация напряжений около отверстий в транс
версально-изотропных оболочках. — Механика полимеров, 1970, № 6, с. 1076— 1081.
50.Пелех Ь. Л., Полевой Б. И. К определению концентрации температурных на пряжений возле кругового отверстия в трансверсально-изотропной сферической обо лочке. — Материалы II конф. молодых ученых Западного науч. центра АН УССР Секция механики. Ужгород, 1975, с. 114—116.
51.Пелех Б. Л., Полевой Б. Н. Разрешающие уравнения термоупругости транс версально-изотропных оболочек в комплексной форме и их приложения в задачах концентрации напряжений. — Прикл. механика, 1977, т. 13, № 7, с. 22—27.
5'2. Лунь Е. И., Сяський А. А. К определению напряженного состояния около кри
волинейного отверстия в трансверсально-изотропной оболочке. — Изв. АН АрмССР Механика, 1973, т. 26, № 3, с. 64—70.
53.Пелех Б. Л., Сяський А. А., Сяський В. А. Напряженное состояние в трансвер сальной сферической оболочке с криволинейным включением. — Мат. методы и физ,- мсх. поля, 1977, вып. 6, с. 49—53 (Киев).
54.Шнеренко К. /. До розв’язку задач неполого! сферичноТ оболонки, виготовле-
ноТ з матср1алу з малим зеувнпм модулем. — Допов. АН УРСР. Сер. А, 1970, № 1 2.
с.1112—1115.
55.Лунь Е. И., Сяський А. А. Влияние поперечных сдвигов на напряженное со стояние цилиндрической оболочки с круговым отверстием. — Пробл. прочности, 1972. № 3, с. 70—72.
56.Савин Г Н. Распределение напряжений около отверстий. Киев, 1968. 888 с.
57.Сало В. А., Гроза В. Ф. О решении некоторых краевых задач для многосвязпых
цилиндрических оболочек. — Вести. Харьковск. политехи, ин-та. Краевые задачи мат.
физики, |
1976, т. 113, вып. 3, с. 47—52. |
|
58. |
Шамровский А. Д. Распространение упругих волн от края кругового вырез:; |
|
в цилиндрической |
оболочке типа Тимошенко. — Изв. АН СССР. Механика твердою |
|
тела, 1974, № 4, с. |
69—79. |
59. Шнеренко К. Г Осесиметрнчпнй напружений стан ашзотропноТ сферичио: оболонки з отвором. — Допов. АН УРСР. Сер. А, 1971, № 2, с. 178—181.
83 2
60. Сяський А. А., Лунь Е. И. Распределение напряжений около подкрепленного отверстия в ортотропной сферической оболочке. — Механика полимеров, 1973, № 5,
с.879—883.
61.Сяський А. А., Ярема Д. И. К определению упругого состояния в ортотропной
сферической оболочке с подкрепленным круговым отверстием. — Механика полимеров, 1974, № 4, с. 756—760.
62.Шнеренко К. И. К решению задач статики анизотропных оболочек переменной толщины, ослабленных отверстиями. — Прикл. механика, 1979, т. 15, № 11, с. 40:—50.
63.Шнеренко К• И- Концентрация напряжений около отверстия в ортотропной слоистой цилиндрической оболочке. — Прикл. механика, 1970, т. 6, № 6, с. 105—108.
64.Шнеренко К. И. Напряженное состояние многослойных анизотропных оболо чек с отверстиями. — Прикл. механика, 1971, т. 7, № 10, с. 57—61.
65.Шнеренко К. П. Влияние анизотропии материала на напряженное состояние
цилиндрической оболочки с отверстием. — Прикл. механика, 1974, т. 10, № 1,
с.124—126.
66.Шнеренко К. И. Досл1дження напруженого стану цилшдрично! оболонки з шд-
кршленпм отвором. — Допов. АН УРСР. Lep. А, 1974, .№ 5, с. 429—432.
67.Гуэь А. Н., Шнеренко К. И. Об исследовании распределения напряжений около вырезов в армированных пластинках. — Докл. АН УССР. Сер. А, 1978, № 8, с. 698—701.
68.Сало В. А. Напряженно-деформированное состояние ортотропной цилиндриче
ской оболочки с круговым отверстием. — Изв. вузов. Машиностроение, 1977, № 7,
с.5—8.
69.Каюк Я. Ф-, Алексеева М. К. Напряженное состояние гибких оболочек с от
верстием из полимерных материалов. — Механика полимеров, 1973, № 6, с. 1071—1075.
70.Пирогов И. М. Концентрация напряжений вблизи отверстия на поверхности двухслойной цилиндрической оболочки. — Сб. тр. Всесоюз. заоч. политехи, ин-та, 19/0, вып. 59, с. 126—131 (М.).
71.Ван Фо Фы Г А. Концентрация напряжений около отверстий в трехслойных
оболочках. — Прикл. механика, 1969, т. 5, № 2, с. 51—61.
72.Ван Фо Фи Г А. Концентращя напружень б1ля отвор1в у тришаровнх сферичннх оболонках. — Допов. АН УРСР. Сер. А, 1969, № 6, с. 527—530.
73.Ван Фо Фы Г. А. Многосвязные трехслойные пластины и оболочки. — Тр. VII Всесоюзн. конф., по теории оболочек и пластин. М., 1970, с. 120—125.
74.Ван Фо Фы Г А. Распределение напряжений около отверстий в трехслойных сферических оболочках. — В кн.: Концентрация напряжений, 1971, вып. 3 с. 20—28
(Киев).
75. Ван Фо Фы Г А., Мукоед А. П. Распределение напряжений около вырезов в многослойных оболочках вращения. — В кн.: Армированные материалы и конструк ции из них. Киев, 1970, с. 79—106.
76. Савиченко А. А. Напряженное состояние сферической трехслойной оболочки с жестким заполнителем, ослабленной отверстием. — В кн.: Устойчивость и деформатнвность элементов конструкций из композиционных материалов. Киев, 1972, с. 34—44.
77. Ван Фо Фы Г А., Савиченко А. А. Напряженное состояние около кругового выреза в трехслойной сферической оболочке. — Прикл. механика, 1970, т. 6, вып. 8,
с.112—116.
78.Савиченко А. А. Влияние деформаций сдвига на напряженное состояние трех
слойной сферической оболочки, ослабленной отверстием. — Прикл. механика, 1976,
т.12, № 3, с. 47—54.
79.Ван Фо Фы Г А. Концентращя напружень б1ля елштпчного отвору в трншаровнх сферичнпх оболонках. — Допов. АН УРСР. Сер. А, 1970, № 1, с. 38—41.
80.Ван Фо Фы Г. А., Жалило А. И. Равновесие трехслойной сферической обо лочки с овальным вырезом. — В кн.: Расчет и конструирование изделий из стекло пластиков. Киев, 1972.
81.Жалило А. И. Концентрация напряжений около криволинейных вырезов в трех
слойной сферической оболочке. — В кн.: Расчет и конструирование изделий из стекло пластиков. Киев, 1972.
82.Жалило А. И. Напряженно-деформированное состояние около эллиптического выреза в трехслойной сферической оболочке с легким заполнителем. — В кн.: Устойчи вость и деформативность элементов конструкций из композитных материалов. Киев, 1972, с. 55—62.
83.Жалило А. И. О методе возмущений для уравнения Гельмгольца в криволи
нейных координатах. — В кн.: Математическая физика, 1977, вып. 22. с. 115— 120 (Киев).
84. Жалило А. И. Расчет напряжений и перемещений в трехслойной сферической оболочке с треугольным отверстием. — В кн.: Математическая физика, 1978, вып. 23,
с.90—96 (Киев).
85.Ванин Г А., Савиченко А. А. Исследование влияния двух отверстий на напря женное состояние в трехслойной сферической оболочке. — Прикл. механика, 1975, т. 11,
№12, с. 15—21.
86.Аксентян К. Б., Краснобаев И. А. Расчет круговой трехслойной цилиндрической оболочки с большим прямоугольным вырезом. — Изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1973, № 2, с. 45—51.
53 — 1573 |
8 3 3 |
МЕХАНИКА КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, 1979, № 5, с. 835—839
УДК 624.074:678.5.06
В.А. Елтышев
нап ря ж ен н о -д е ф о рм и ро в а н н о е состояние системы
ОРТОТРОПНАЯ ОБОЛОЧКА ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ — НАПОЛНИТЕЛЬ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
1. Рассматривается краевая задача о напряженно-деформирован ном состоянии (НДС) системы ортотропная оболочка переменной тол щины—наполнитель сложнрй формы в зависимости от действия не равномерного внутреннего давления P\{z). На оболочку по торцам действует распределенное растягивающее усилие F (рис. 1). Материал наполнителя считается упругим и изотропным, материал оболочки — упругим и ортотропным. Для оболочки принимаются обычные допуще ния безмоментной технической теории оболочек1. Основные обозначения: р, z — цилиндрические координаты; 21 — длина оболочки; h — толщина оболочки; и, w — радиальное и осевое перемещения наполнителя; ор, 02, аФ>T p z — радиальное, осевое, окружное и касательное напряжения
в наполнителе; Т\, Т2 — осевое и окружное |
усилия в |
оболочке; |
£ ,,£ 2, VI,V2 — модули упругости и коэффициенты |
Пуассона |
материала |
оболочки в осевом и окружном направлениях; G, m — модуль сдвига и величина, обратная коэффициенту Пуассона материала наполнителя; Uo,wQ— радиальное и осевое перемещения срединной поверхности обо лочки; а, т — контактные нормальное и осевое напряжения; R — радиус срединной поверхности оболочки; Г* — образующие поверхности напол нителя.
2. Запишем исходные уравнения задачи. Применительно к оболочке физические уравнения имеют вид:
( 1 )
контактных нормального а и касательного т напряжений, обусловленных взаимодействием оболочки с наполнителем, запишутся в следующем виде:
( 2 )
Граничное условие для растягивающего уси лия Т\ имеет вид:
По контактной поверхности Ti будем иметь следующие условия стыковки:
Рис. 1. Расчетная схема.
53* |
835 |
Из уравнений (1)— (4) можно получить два выражения, которые бу дут являться граничными условиями наполнителя по контактной поверх
ности Ti (см.2>3) : |
|
|
|
|
|
|
i |
|
dw |
и |
|
||
J xpzdz — Ai |
-F-, |
|||||
(dz |
+V2X |
) |
||||
Z |
|
(5) |
||||
А-2 I |
и |
dw \ |
|
|||
|
|
|||||
~R \ |
|
|
+ ap—0. |
|
||
R |
+ V ' 4 I ! |
|
|
|||
На криволинейных поверхностях |
Г* |
(i = 2,4) граничные условия |
||||
можно записать следующим образом: |
|
|
|
стр cos (пи р) + T pz cos (nit z ) = —p{{z) cos (rii, p);
Oz COS (tli, z) + T p z cos (tii, p) = —pi (z) COS (Mi, z),
где rii — внешняя нормаль к поверхности Г*. Пусть rji = Лг(р) есть урав нение контура Гг, тогда нетрудно получить зависимость
tg(rci,p) = - [ V i( p ) ] ~ \ |
(7) |
где штрих означает дифференцирование по координате р. Воспользовавшись зависимостью (7), можно упростить условия (6)
и свести их к выражению4
aP-cTz(ii,i)“2= - P i ( z ) [ l - ( i i ,i)_2]; |
i= 2 , 4 , |
(8 ) |
которое будет являться граничным условием на криволинейных поверх ностях наполнителя Гг, Г4. Следует заметить, что выражениями (8) можно пользоваться, если выполнено условие
л 'Д р ^ О У р еГ ,; t = 2,4. |
(9) |
В противном случае следует пользоваться выражениями (6). На поверх ностях Г3 и Г5 граничные условия имеют вид:
пр| Гз = 0р| Г5= —р\ (z) ; TpZ| Гз= тр2| Г5= 0. |
( 10) |
Таким образом, поставленная задача свелась к расчету НДС тела вращения сложной формы с граничными условиями (5), (8), (10).
3. Для решения задачи применим метод, сущность которого состоит в получении общего решения уравнений Ламе для тел вращения и после дующего выделения частных решений5. Окончательные выражения для перемещений имеют вид:
4 (m—1)
ы= |
а» (/i(PiP)- ~ v _ |
-----/о(Р fP) РРг ] + |
i=1 |
|
|
A-bi £ Ki (Pip) |
——— b/Co(PiP)pPi ] + С г [ —1\(PiP)Pi] + |
|
1 |
2 (m —2) |
4 (m - lL + c - l |
+ diK\ (Pip)Pi J |
cos piZ+A ------—----- p+ B |
(П
w = X j [a<p7i(Pip) + 6 ;pfti(P;p) +Ci/0 (Pip) + ^/C0 (Pip)]Pi sin ргг.
1=1
8 3 6
Здесь /п(РгР). K„(Pfp) — модифицированные функции Бесселя; pj = — ;
2L — период граничных условий по оси г; аи bu си diy Л, В, С — произ вольные постоянные. Напряжения выражаются по формулам закона Гука:
|
|
|
/ |
0 |
да |
\ |
/ |
0 |
и \ |
|
|
o p = |
2 G |
{ --------— + —^— |
) ; |
o<p = 2 G |
[ |
------- — Н------) |
|||
|
|
|
' т —2 |
др |
/ |
' |
|
т — 2 |
р ' |
|
|
|
|
/ |
|
|
\ |
_ / |
|
( 12) |
|
|
|
|
0 |
|
да |
dw \ |
||||
|
а‘= 2 |
а \ 1 |
^ |
+^ ъ г ! ' |
Трг=0 ( _а Г + “ф ') |
|||||
где б |
|
С?Ш |
W |
|
|
|
|
|
|
|
:----1—^--- 1----- • |
|
|
|
|
|
|
||||
|
др |
dz |
р |
|
|
|
|
|
|
Используя выражения (11), (12), строим решение задачи путем удов летворения граничных условий (5), (8), (10) интегральным методом наи меньших квадратов. Для этого составляем функционал:
i |
dz |
+ FJl2 |
Трzdz — Ai 1\ |
||
1 |
dw |
и \ |
Г , z |
|
|
dw '\ |
|
di\+ J {(Tp- |
J +op J |
||
Г , |
|
r2 |
+ Р\ (z) [1 —(т]^)-2]} W 2 + J [о9+ р\ (z)]2d r3+ J Т р2О Т 3 +
Гз Гз
+ I {tfp —Crz(Tl'4)-2 + Pl(z) [1—(л'4)_2]}2^Г4+ J [op + P l(z)]W 5 +
+ J TP2OT5. |
(13) |
Гб |
|
Минимизация функционала (13) приводит к системе линейных алгебраи ческих уравнений относительно неизвестных коэффициентов в выраже
ние, 2. Распределение осевых перемещений w (а) и касательных напряжений тр2 (б) по контактной поверхности.
837
ниях (И ), (12). Для получения устойчивого решения системы ввиду пло хой ее обусловленности6 применялся алгоритм регуляризации по
Тихонову7.
4. Численные результаты по расчету НДС получены для системы со следующими исходными данными. Образующие поверхностей Г* заданы
уравнениями — IV p —рз; Гг : 'П2==У^12- Р2; Гз:р = рг; Г4 : r^^Zo+yip2;
Г5:р = р1. Условие |
(9) выполнено. Толщина оболочки задана функцией |
|||||
ti = flQ+y2z2t где величина у2= 0,2 ю-4 выбрана |
из |
условия |
h (l)= 2 h{0 ). |
|||
Остальные |
соотношения следующие: -^ -= 3; |
---- =2; |
—-=5,8ю-з; |
|||
|
|
Pi. |
|
Рз |
Рз |
|
— =2,237; |
-^-= 1,579;-? f= 0 ,526; Vi=2,5,0-=; |
m = 2; |
2 |
E2 |
||
Рз |
Pi |
/ |
|
|
||
V I |
|
= 0,65ю-4. |
|
|
|
|
= — =0,667; |
|
|
|
|
||
V2 |
|
|
|
|
|
|
Рассмотрены два случая задания давления. В первом случае на по верхностях Гг, Г3, Г4, Г5 задано равномерное давление p\ {z)=p = const. Во втором случае на поверхностях Гг, Гз, Г4 задано равномерное давле
ние р, на поверхности |
Г5 давление изменяется |
по закону p\{z) = |
|
= р ^ 1 + ^2 cos |
j |
где величины &i = l,5 и |
/е2= 0,5 выбраны из |
условия р\ (0) = 2/?i (z 1) = 2р.
Расчеты проводились на ЭЦВМ БЭСМ-6. Порядок системы линейных алгебраических уравнений был равен 103. О точности полученных реше ний можно судить по точности выполнения граничных условий задачи, так как уравнения Ламе удовлетворяются точно. Максимальная погреш ность удовлетворения граничных условий задачи ц случае задания рав номерного давления не превышает 0,319%, в случае неравномерного дав ления — 0,91 %.
Результаты расчетов представлены в диде кривых распределения от-
|
_ w |
|
напряжения |
носительного осевого перемещения до=—, касательного |
|||
“ т |
по контактной поверхности Гь а также осевого |
_ |
т |
TpZ= — |
Т\= — и окруж- |
||
— |
Т |
|
^ |
ного Гг=-^ усилий в оболочке (рисунки 2, 3). Цифрой |
1 помечены кри |
вые в случае задания равномерного, цифрой 2 — неравномерного дав ления.
Из анализа полученных результатов следует, что в случае задания неравномерного давления осевые перемещения и касательные напряже ния меняют свой знак (см. рис. 2). Это объясняется тем, что задание на поверхности Г5 неравномерного давления, уровень которого выше, чем на
Рис. 3. Распределение осевых усилий Т\ (а) и окружных усилий Т2 (б) в оболочке.
8 3 8