Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Оболочки и пластины

..pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
71.66 Mб
Скачать

Вычисления, проведенные для оболочек с начальными неправиль­ ностями в форме срединной поверхности, представлены на рис. 5.25 и 5.26.

На рис. 5.25 изображены огибающие кривых д= /(£, £„ч), построен­ ные для различных значений п и отвечающие минимальному значению нагрузок. Кривые вычислены для оболочки с параметрами R/h= 112,5,

L/R = 2,45 и различных значений шести

симметрично расположенных

вмятин £„ч= 0,25; 0,5;

1,0; 2,0. Там же для сравнения построена кривая,

соответствующая £„ч = 0.

Как

видно

из

графиков,

верхняя

критическая

нагрузка

резко

снижается уже

при

сравнительно

малой

величине на­

чальной погиби:

£„ч = 0,25 или

0,5. Су­

 

 

 

дя по графику,

при £„4=1,0

нагрузка

 

 

 

возрастает монотонно, так что процесс

 

 

 

деформации оболочки ие должен со­

 

 

 

провождаться

хлопком.

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 5.26 представлены ре­

 

 

 

зультаты

вычислений

оболочек

с па­

 

 

 

раметрами

R/h= 112,5;

200;

500;

 

 

 

Lln = 2,45 и глубиной начальной погиби

 

 

 

£„4= 0,001; 0,01; 0,1; 0,25;

0,5;

1,0 и 2,0.

 

 

 

Судя

по

ходу и

расположению

 

 

 

кривых, можно отметить, что даже не­

 

 

 

значительная

глубина

вмятины

£„ч =

 

 

 

= 0,001 снижает критическую нагрузку

 

 

 

на 5—8% по сравнению с верхней кри­

 

 

 

тической

нагрузкой.

С

увеличением

 

 

 

глубины погиби нагрузка снижается и

 

 

 

при £„4= 0,5 достигает 65—70%

от верхнего критического значения на­

грузки, соответствующей гладкой оболочке. Пунктирными линиями на графике отмечены кривые, отвечающие верхнему и нижнему критическим значениям нагрузок для гладкой оболочки. Интересно отметить, что все кривые, отвечающие различным значениям начальных вмятин, при которых наблюдается хлопок, расположены в области между верхним и нижним значениями критических нагрузок. Кривые, отвечающие глу­ бине начальной вмятины, при которой хлопок отсутствует, расположены в области ниже кривой, соответствующей нижнему критическому значе­ нию нагрузки.

§ 5. ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ

Пусть тонкостенный круговой цилиндр радиуса г, постоянной тол­ щины /г, длины / шарнирно оперт по краям так, что один из шарниров имеет свободу перемещения вдоль оси, и пусть к торцу, имеющему сво­ боду перемещения в момент времени ^ = 0, внезапно приложена нагрузка Т = const, которая затем поддерживается неизменной. Внезапное при­ ложение продольной нагрузки вызовет радиальные колебания цилиндра, причем если нагрузка Т меньше некоторого определенного значения, то эти колебания происходят с невозрастающей амплитудой около положе­ ния равновесия, и наоборот, если нагрузка Т больше этого значения, то амплитуда прогиба возрастает со временем и, следовательно, цилиндри­ ческая оболочка теряет устойчивость.

Задача состоит в том, чтобы определить ту нагрузку (критическую), с которой происходит неограниченное возрастание амплитуды прогиба.

Рассмотрим осесимметричную потерю устойчивости *. Уравнение движения элемента цилиндрической оболочки имеет вид

 

дТх

= ho

дРи

 

 

дх

 

dt2

 

dNx

, T Q

J ,

d2w

(5,5,1)

дх

т

 

дх2

 

 

 

дМх - N x = 0.

 

 

дх

 

 

 

Здесь 7 = const— внешняя нагрузка, приходящаяся на единицу длины; Тх, Т е— соответственно внутренние растягивающие усилия в осевом и окружном направлениях, отнесенные к единице длины; Nx — перерезы­ вающее усилие в осевом направлении, приходящееся на единицу длины.

Используя известные зависимости [23] и внося их в (5,5,1), получим уравнения движения в перемещениях:

 

Eh

1_1f ди

------— до) =

А.э

дРи

»

 

(5,5,2)

 

1 — V2 *

дх '^

дх

 

 

 

dt2

 

 

Eh3

d*w .

Eh

f

w ,

ди

\

__Т

d*w

= Ар

дРш

12(1 —v2)

 

 

----------ь V —

J

— 1

дх2

i2"’

 

1 — v2 V

г

дх

 

 

где и, w — осевое и радиальное перемещения.

 

 

 

 

 

Предполагаем, что продольное

(осевое)

перемещение мало по срав­

нению с поперечным (ы<ш) и, следовательно, силой инерции в продоль-

cfitt

ном направлении можно пренебречь. Так как f t p — *0» из (5,5,^) по­

лучим уравнение движения относительно прогиба в радиальном направ­ лении:

ЕКЛ

d*w

Eh

_i_ 71

d2w

(5,5,3)

12 (1 — v2) * дх*

1 ”7*”

'

дх2

 

Решение уравнения

(5,5,3),

удовлетворяющее

граничным условиям,

ищем в виде

 

 

 

 

 

 

W

q (t) sin mnx

 

(5,5,4)

 

 

 

l

 

 

Здесь q(t) — амплитуда прогиба; m — количество полуволн вдоль обра­ зующей.

Подставляя (5,5,4) в (5,5,3), для функции q(t) будем иметь обыкно­ венное дифференциальное уравнение второго порядка

 

 

 

q{t) — aq(t)= 0,

 

 

(5,5,5)

причем

 

 

 

 

 

 

а

_1_

т 2я2________ Eh3

т 4я4

Eh

(5,5,5')

ho

Р

12 (1 — v2)

~1*

Т2"

 

 

Решение уравнения (5,5,5) будет периодическим, если а<0, или апе­ риодическим, если а>0. В последнем случае амплитуда прогиба будет возрастать со временем, следовательно, произойдет потеря устойчив,ости

1 Решение задачи дано А. И. Блохиной [21].

оболочки. Из условия а= 0 определяется величина критической динами­ ческой силы Тщ

т д —

Eh3

Eh

(5,5,6)

«*кр —

12 (1 _ v2)

r2 т2я2

Установлено, что при продольном ударе силой Г = const цилиндриче­ ская оболочка теряет устойчивость, когда прилагаемая сила достигает

Г лгчСГП

нр=-/кр , причем из множества возможных осесимметричных форм потери устойчивости оболочка искривляется с образованием полу­ волн в числе т*, т. е. ближайшее целое число k

пг

12(1 —у2)

 

 

(5,5,7)

/12Г2

 

 

 

 

 

 

которому соответствует наименьшее значение

rpD

Эта форма

потери

•*кр

устойчивости является преимущественной.

Если какие-нибудь внешние причины побудят оболочку искривиться не по этой преимущественной форме, то критическое значение динами­

ческой нагрузки Тщр будет больше критической статической Ткр, при­ чем возможность регулировать число полуволн соответствует возмож­ ности увеличить динамическую нагрузку, которую способна выдержать цилиндрическая оболочка без потери устойчивости. Одной из причин, понуждающих оболочку искривиться с наперед заданным числом полу­ волн, может служить придание оболочке начальных искривлений малой амплитуды.

Нетрудно получить выражение критической силы для случая, когда на оболочку действует сила T= Txt, пропорциональная времени, при­ чем оно в точности совпадает с (5,5,6).

Действительно, для функции q(t) имеет место уравнение типа урав­ нения Бесселя:

?(Z) = ^-<7(2)г = °.

Здесь

А =

Eh3 т4я4 лр L 12(1 —v2)

пг*

В = ~ Г Т' hp

z = 1 — t.

(5,5,8)

(5,5,9)

Решение уравнения (5,5,8) запишется в виде

 

3

 

 

з

 

 

 

q (z)= C 1z 4 L (-

А ■ Z-2 ) +

с ,Д /

, ( -

2- 2 ) < 5 .5.10)

з \

в

 

 

В

 

при е>0, т. е. в начальный промежуток времени, и

3^

 

 

 

 

 

3

.

f

3

/ 2

—-

п г ? т ) (5,5,11)

q(z) = Ciz 2/j_

т ) + г,* 7 1 _

± ( т

 

В

 

 

 

 

где z = — t — 1 с ростом времени. Из свойств функций Бесселя выте-

А

кает, что оболочка в начальный момент времени при z > О колеблется около положения равновесия, а при z < 0 теряет устойчивость, т. е.^ про­ гиб растет со временем. Из условия 2= 0 определяют критический мо­ мент времени /1ф, а следовательно и критическую силу, т. е.

т д

r ,

Eh3

т 2л2

Eh

/2

кр

1 кр ~"

12 (1 — v2) *

I2

г2

т 2л2

подобно случаю, когда 7 = const.

Наконец, рассмотрим случай, когда цилиндрическая оболочка имеет начальное искривление

 

 

 

 

 

тлх

 

 

 

(5,5,12)

 

 

 

w0 = k sin ~ Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где k — начальная

амплитуда;

т — начальное

количество

полуволн.

vПусть на конце

оболочки мгновенно* приложена

постоянная сила

Т—const. Уравнение движения

(5,5,3) в этом случае принимает вид

Eh3

дА(w иу0)

 

 

d2w

 

d2w

 

12 (1 — v2)

 

дхА

-\---- т (w W0) + Т

дх2

= — ho dt2

(5,5,13)

Предположим, что дополнительный прогиб

происходит

по той же

форме, что и начальный, т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wx = q (t) sin H^jLu

 

 

 

(5,5,14)

Тогда согласно

(5,5,12)

и (5,5,14)

 

 

 

 

 

 

 

w = wQ4- wx =

[k + q{t)]sin

 

.

(5,5,15)

Для функции q(t)

после внесения

(5,5,15) в

(5,5,13)

и простых преобра­

зований получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q {t)-a q {t) = J - T

12

 

 

(5,5,16)

 

 

 

 

 

lip

 

 

 

Здесь а имеет то же выражение, что и (5,5,5').

Рассуждения, подобные тем, что уже были вначале, приводят к за­ ключению, что на величину критической динамической силы начальный

прогиб не влияет, если начальное количество

полуволн

m в точности

совпадает со значением т*, при котором получается значение TCJ£

Если

же тфт*\ то значение 71кР>ТкТр,

так как здесь

мы

накладываем

как бы дополнительные связи, и оболочка* будет более устойчива.

более

Итак, заданием малой погиби

можно

сделать

оболочку

устойчивой.

 

 

 

 

 

Отметим также, что если T = T\t, то, проводя рассуждения, анало­

гичные гем, которые были ранее, получим также уравнение типа урав­ нения Бесселя:

где z имеет прежнее значение. Решение для z > Оимеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

з

 

 

 

 

 

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<7 (z)

 

 

 

 

 

в

г 2 )' Ч С *г г , -3^ 4( з

 

Л 2

?) +

 

 

 

 

 

 

 

 

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А 2

 

 

 

 

В*

 

 

 

 

 

 

 

 

0

з

 

 

 

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

Л 2

3

 

 

 

 

~ ‘ ч 3± ( т ^

 

)

 

о р

3 °

 

 

'

±

 

(

т

<

5 А 1 8 >

где до— определитель Вронского;

w — f j 2f ji,

/1

и f2— частные ин­

 

тегралы уравнения (5,5,17).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

/=0,

 

Постоянные с( и с2 определяем из начальных условий:

 

q(0)=k, <7(0) =0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cx = - — ( - ^ - R , l 2 + R tl А ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

'

в

 

7

 

 

 

 

 

 

(5,5,19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С2 = —

-

\

 

В

 

 

2 ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

 

- - J

 

 

 

 

 

Здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_____ k_

Л3

Г

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

л2 - s 2 W s

 

 

/

i

f

2

-

л 2

^ f s

ч

1 (

2

 

 

W

Б2

L

-

т

^

3

 

 

 

 

 

 

 

в

 

1

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

1

 

 

 

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

- Ь

 

 

 

 

 

 

 

2 / i

( 2 . А

 

S 2

 

+

 

 

 

3 ( 1

 

• V

 

) .0f s

T

V 3

 

в

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

3

1

1

 

 

 

3

_3

 

 

 

 

Л 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Я 2 = — • -

 

 

 

 

 

 

V

) Р Т Ч

 

С

А 2 S 2 ) d S +

 

ДО

Б3

 

[

4

(

1

-

3

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ L ± ( r ^ r - ) i s 4 ^

T

 

^

r s b dS}

 

<5’5 '20)

 

 

2

 

 

 

 

 

 

О

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С ростом времени t аргумент z

становится

отрицательным. Вводя

 

^

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

переменную г = — t — 1, получим уравнение типа уравнения Бесселя:

А

А3 ~ ~

ИЗ

(5,5,21)

Я{2)— ^ Я ( г ) г

= - к .

35 П. М. Огибалов, М. А. Колтунов

Решение этого уравнения запишем через видоизмененные функции Бесселя:

Постоянные сi и с2 определяем из условия, что при /= 0 и 2=0 ско­ рости частиц и прогибы должны совпадать. Тогда получаем

ci

И» ^*2 — ^2*

(5,5,23)

Таким образом, амплитуда прогиба полностью определена. Тот момент времени, когда амплитуда прогиба оболочки переходит от колебательных движений к возрастанию, назовем, критическим моментом, а на­ грузку, ему соответствующую,— критической:

TKp = TxtKp.

(5,5,24>

Следуетпомнить, что полученные решения справедливы лишь для. малых прогибов (h /r^w ). Анализ решения позволяет заключить:

1) чем больше скорость нагружения, тем меньше амплитуда про­ гиба;

2) чем больше скорость нагружения и меньше начальный прогиб,,

тем выше коэффициент перегрузки TipjT^p‘,

3) минимальная нагрузка, выдерживаемая оболочкой, получается, для одного и того же количества полуволн при любой скорости нагру­ жения.

Можно указать другой путь построения уравнений движения тонких оболочек и решения задачи о динамической устойчивости цилиндра [21,.

исходя из принципа Гамильтона — Остроградского:

 

^1

(5,5,25).

б/ = | бШ = 0, 6L = ЬТ + ЬА + ЬЕ — бW.

Здесь и далее бТ — вариация кинетической энергии оболочек; 6А — ва­ риация работы внешних усилий и моментов, действующих на оболочку; б№ — вариация работы деформации оболочки; бЕ — вариация работы

силовых факторов, зависящих

от скорости и вызывающих

затухание-

движения; U], ы2. w — проекции

на направления единичных

векторов;

еи е2, m — векторы перемещения

от нагрузки, приводящего

срединную-

поверхность о0 к поверхности

o'; е*, mi, . . . — значения еи

ти ... в но­

вом деформированном состоянии; е,-*, ан, Eit Е3— углы поворота коорди­

натных векторов г, I, m в процессе деформации; i = ^ — частные.

^производные. Векторы скорости и ускорения точек срединной поверхнос­ ти в случае малых деформаций представляются в виде

dt2 - ? к

dfy

,

сРщ

,

 

 

d2^

\

—*

,

d*Ui

1

 

dt2

 

h

 

'Л2

 

1 a/2

/

 

 

1

dt*

J

 

 

Л / ='

 

 

 

 

 

»

cfhsu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1ф},

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*n'----- ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5,5,26)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dp

- s

p e r +

ei

duj

+

да,‘ i

dw \

 

 

 

 

 

a/

~ д Г

r

j

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dut

I

,

—*

 

dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m W: — —

+

m

----.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

dt

J

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

Преобразуя 6/1 и бдо, получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J j‘J {J

[(^ +

К,) ви, -

(Mt +

Zt) 6wt] + (F3+

Y3) dw} daxda,dt +

U (G) (=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ j j

{ £

 

 

 

+

R3bw -

(G -

 

G) йа>я} dSd< =

0,

 

(5,5,27)

где

?oG i=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fl =

(y42T’n)f 1+ (AT2\), 2 -\~T12^1,2 — T22A2, 1+

 

 

 

 

+ А Л ( N X 1+ Лйс12 + Xl)

2

 

 

 

 

 

 

у 1 = А Л Л (

^

+ е1,

^

 

+ щ ^

 

у

 

 

 

 

 

-

- M

r f *

 

dt2

+

 

 

& 2

 

+

ш ‘

 

 

) •

 

 

 

 

( - ^

г

 

 

- J f -

 

 

 

 

 

 

 

 

F3 =

(A.iV;),1+

H i^ 2 ).2 -

 

 

 

 

 

 

 

■i4jy4o (T\\K]l +

T22K22 +

KnT\2 +

K12T21—X3),

 

(5,5,28)

 

 

 

. . .

 

f

dm

 

dui

 

 

du2

\

 

 

 

 

 

к , = ЛЛ«А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

Л

,

/

d2^ .

 

(Pux

 

 

(Puz

\

 

 

 

 

 

-

A'A* h

 

dt2

+ Ш1

dt2

 

Ша ~ дdtГ2 )

 

 

 

M t =

2М*i), 1 +

(ЛМ 21). 2 + М22Л1,2

M 22A 2 , 1 +

Л Л (£ * —

N \ ) ,

 

 

у -

AiA2

- £ - (o

* Щ — e

dt

J,

 

 

 

 

 

 

 

zi

-

-+-[ P

d(2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

=

CDs + <Ds4 — 2

T * k n k ’

 

R= 3ф з — ^

 

 

 

^

T

ik w -in k

 

 

 

 

*=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/. k

 

 

E — экспериментальный коэффициент.

35*

Соотношение (5,5,27) представляет уравнение метода Бубнова — Галеркинаг позволяющее приближенно интегрировать динамические уравнения движения оболочек. Отсюда следуют уравнения движения оболочек:

 

Fi + Yt = 0 ;

F3 + Y3 = 0 ;

 

 

(5,5,29)

 

M-t+ Z £ = о

и статические граничные условия /?г=

0, /?3 = 0, g = g-

Рассмотрим частные случаи.

 

1.

Л и н е й н ы е к о л е б а н и я

о б о л о ч е к п р и с л а б о м и з г и б е . В этом

случае перемещения малы, 'квадратами перемещений и их производных по координатам можно пренебречь, так что динамические уравнения и статические граничные условия

упрощаются. В выражениях Е, и F3 кривизны координатных линий

k £j заменяем их

начальными значениями /г,,-, а инерционные члены и выражения

неуравновешенных

контурных сил линеаризуются:

 

__

„ „ /

 

dt

 

&Ui \

 

 

 

. л ,

[

dw

- p dp

\

(5.5.30)

Y i - A i A t [ z

 

 

 

 

 

 

Y 3 = A ^ h ^ t

dt

J ,

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rt =

-

E

T?*"**

**=

- N

+ - f - .

 

 

 

(5.5.31)

 

 

 

 

 

*=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действительно, учитывая

(5,5,28),

уравнение

/7з+У’з= 0

можно

записать

в виде

 

F 3 +

A1Aizh

 

-

AtA#h

^

^

 

WiYi =

°*

 

 

 

 

 

 

 

'

 

'

 

 

 

 

1=1

 

 

 

 

 

 

где члены, содержащие

w it представляют

собой

влияние

продольных сил

инерции. Для

Fз и Fi имеют место

оценки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fs ~ Eh3

 

,

F* ~

Eh

 

 

 

 

 

 

 

 

где г есть

max (я, ^};

п — число

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

продольных

 

поперечных волн; %— ftR ~ ~ ~ \m — число

полуволн. Если

 

г

г2» 1 ,

то, как

видно

 

 

 

^

 

 

 

можно прене-

 

 

из предыдущей оценки,

бречь ZwiFi по сравнению с F3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Н е л и н е й н ы е

к о л е б а н и я

п р и

с р е д н е м

и з г и б е .

Изгиб называют

средним, если U i~ e ih~ e Py но

члены

изгибного происхождения

w ^

wi ^

xik^V& P*

wi <С 1 во

все время

движения. Fit F3 и

кривизны k ц

 

заменяют

их

выражениями по

линейной

теории:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^11 —^11 (1 + ^22) — &12*21 —

^11 = ^12 (1 £и) — ^11^21 —

1

dWi

w2

дАг

Лг

ddi

AI A2

ddi

 

 

WI

(5,5,32)

 

 

dAt

А

дах

A I A2

dot

 

 

 

1,2

ивыражаются формулами (5,5,28), а в выражениях Уi отбрасывают члены, содержащие £i2 и егь Уз остается без изменения.

3.

Н е л и н е й н ы е к о л е б а н и я п о л о г и х о б о л о ч е к п р и с р е д н е м

и з г и б е .

Здесь

возможны следующие упрощения: во-первых, пренебрегаем

влиянием

тангенциальных

перемещений

щ на углы поворота дог-, т. е. полагаем wi =

1

dw

 

^ ;

во-вторых,

в выражениях F\

F 2

отбрасываем члены, содержащие

усилия

и N*2 ;

в-третьих,

пренебрегаем влиянием

углов поворота eik на изгибные

деформации,

т. е.

в выражениях кривизн i(5,5,32) отбрасываем члены, содержащие eih.

Построенные динамические уравнения нелинейной теории оболочек применимы к коротким оболочкам и оболочкам средней длины.

Перейдем к построению дифференциальных уравнений динамической устойчивости оболочек. Рассмотрим два последовательных состояния оболочкиПусть срединная поверхность о при помощи перемещения

v~г = ule-L+ и1е2 + хв)1пг переходит в поверхность в\. Зная v \ можно определить величины, характеризующие деформацию, и напряжения, которые удовлетворяют уравнениям движения:

F\ + Y\ = О, M; + Z;. = О,

F'3 + Y'3 = 0.

(5,5,33)

При некотором значении времени или некоторых соотношениях па­

раметров движения [22] возможно другое

состояние наряду

с движе­

нием, обозначенным индексом «1». Уравнения движения, соответствую­ щие этому состоянию, называют уравнениями безразличного движения,

а параметры — критическими. Под

параметрами движения

подразуме­

вают внешнюю нагрузку, время, частоты колебаний и т._д. _

_

Пусть вектор дополнительного

перемещения v = uie\ + u2e2 + wm

переводит поверхность о/ в а*, где v* = v' + v. Определим величины, ха­ рактеризующие деформацию и напряжения при перемещении v*^ Будем

предполагать, что

величина

v — первого

порядка малости, a v' — ко­

нечная (например,

порядка

единицы). В

величинах, характеризующих

деформацию и напряжения, сохраним члены первого порядка малости наряду с конечными:

Т\\ = k (ец +

уе22) = Т\\ +

Т\\\

Т\\ =

k (бц + уе22);

 

Т\\ = k (ец + уе22);

ец = ец + — (ец +

ei2 + W\) ,

(5,5,34)

где

,

1

/2

/2

/2

 

,

 

ец = ец + — (ец +

ei2 + wi ),

 

е22 = (1 + е'\\) ец + е[2е12+ w\wx.

Уравнения движения в безразличном состоянии:

F'i+Y*i = 0, F*3 + Yl = 0, Z't+M! = 0, £ = 1 ,2 .

(5,5,35)

Теперь, вычитая из уравнения (5,5,35) уравнение (5,5,33), получим урав­ нения динамической устойчивости:

[^2^22^11 + А2(1 +

б22)Т'ц],1 + (^iT2l)12 + 12^1|2) ^22 ( ^ 22

Т22 [А2(1 +

£22)1,1 + А . А ^ х п + N\ (kn -f- -tu) + N2X\2 +

-t- N2 (ki2 + *12) + x\ + x\ + eh — + el2 — + e12— +

+ щ

 

+

i f ) ]

- A'Aj'h{

 

 

а ?

^ “2

I

У

д2и2

+

 

 

 

+ е

 

^

+е12'

dt2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

121

 

 

 

 

+ щ1 dt2

+ шг

 

 

 

 

 

 

 

(5,5,36)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2

 

 

 

 

 

 

 

{A2N\)t{ -f- (A1N2),2 —^1^2^11*^11 + Т ц(&ц Н *п) +

2Г12ЛГ12 I

 

“Ь

2 Т 12 (^12 + ^ 1 2 )

Т22%22 Т 22 (^22

“Ь *^22)

 

*^3

*^3

 

 

 

,

/

'

dUi

 

 

'

 

dtf2

'

^2

,

^

\1

 

— еЛ ( — W\---------wx ------- w2

 

—-------■w2

— I— —

) =

 

\

 

dt

dt

 

 

 

dt

 

dt

 

dt

J \

 

 

= phAxA2j — w.

d2ui

^ “1

 

 

 

- а ч

W 2 -

&ii2

&w

};

(5,5,37)

dt2

wx— ----- ш2

— r-

a/2

at2

 

 

 

dt*

 

 

 

dt2

 

 

 

 

 

 

 

 

M, +

Z, = 0.

 

 

 

 

 

 

 

(5,5,38)

Статическая

 

часть

соответствует

уравнениям

безразличного

состоя­

ния [2].

Рассмотрим динамическую устойчивость цилиндрической оболочки средней длины, когда l^nR . К таким оболочкам можно применить тео­ рию пологих оболочек. Предположим, что первоначальное положение

безмоментно или почти безмоментно. Тогда — Ихц^гы1, awt , Wj

будут величинами одного порядка с удлинениями, т. е. будем считать, что скорости и ускорения точек оболочки малы и ими можно пренебречь.

Ограничимся рассмотрением линейных колебаний цилиндрической оболочки. Тогда компоненты деформации выражаются формулами

xl}= — wiik; е! =

«,!*, е, =

о,2 +

-^; 2eia =

и 2 +

1>,ь (5,5,39)

 

 

 

 

 

R

 

 

 

В первоначальном же безмоментном

состоянии

усилия

выражаются

формулами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T\ = - N

;

Т12 =

Т;

f 2 = - p R ,

 

(5,5,40)

где N — интенсивность осевого сжатия; р — внешнее давление; Т — сдви­

гающее усилие.

 

 

*

 

 

 

 

 

Уравнения динамической устойчивости в перемещениях имеют вид

« и +

Y и,22 +

2

v,и +

ш,1 + х х — ph/ku------- --- и,

 

*

 

R

 

 

 

k

«22 +

Y п.и +

 

и ,\2 + l/i?cy,2 + x2 = ph /kv ------ v,

. 3

••

 

 

 

 

 

..

( 5 ’5 ’4 1 )

DAAw — p —

Aw + Ф + k/R (vi2 + yut[ + 1 /Rw) + phw — е/цo— JC3 = 0,

где

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф — Nwtu + 2Ti2 +

pRwi22\

A (

) = (

),11

(

),22,