![](/user_photo/_userpic.png)
книги / Оболочки и пластины
..pdfВычисления, 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.
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:
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.
+ 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 ) |
~Ь Т22%22 ~Ь 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, |