книги / Оболочки и пластины
..pdfпричем ои и еи связаны диаграммой растяжения аи=Ф(^и), так что
d
(5,7,7)
de и
В области разгрузки вариации напряжений и деформаций подчиня ются закону Гука, и связь между «ими находят из (5,7,6), если поло жить аа—Ееи:
6SX = ЕЬгхх, bSuu = ЕЬеИХ, Ъоху = ~ Е Ь е ху. |
(5,7,8) |
Как и в общей теории оболочек, будем исходить из основной гипотезы Кирхгофа, а именно предполагать, что вариации деформации слоя обо лочки АВС (рис. 5.34) выражаются линейными зависимостями через вариации деформаций срединной поверхности и через ее искривления:
bexx = ех — zxx, Ьеуу = е2 — zx2, |
Ьеху = 2 (е3 — zx3), |
(5,7,9) |
причем здесь через еь е2, 2ез обозначены |
бесконечно малые |
вариации |
деформаций срединной поверхности, a xi, х2, х з= т — бесконечно малые вариации ее кривизн и кручения.
Для удобства вычислений введем обозначения безразмерных вели чин; чертой над величиной напряжения отметим отношение этого напря жения к интенсивности напряжений аи:
Эти величины известны; вместо искривлений xi, х2, х3 н ординаты 2 введем безразмерные величины
h |
— |
h |
— |
h |
Xg --- |
— |
2z |
_- |
(5,7,11) |
||
--- Xi -- Xi , |
2 |
Xo--X.-j , |
2 |
|
h |
|
|||||
2 i |
1» |
“ |
|
|
3 |
|
|
|
|||
Теперь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
6en = e — 2x = e — zx, |
|
|
(5,7,12) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e =tf*ei + |
S e2 + |
2 o ,/3. |
|
|
|
||||
|
X - |
oxxl -г оуЩ+ |
2axyx3, |
|
|
(5,7,13) |
|||||
Если теперь через z0 обозначить |
ординату поверхности, разделяющей |
||||||||||
области нагружения и разгрузки, то |
согласно (5,7,2) |
и (5,7,12) получим |
|||||||||
|
|
z0 = — |
, |
?0= 4 - |
|
|
|
(5,7,14) |
|||
|
|
|
X |
|
|
|
X |
|
|
|
|
Для определенности предполагаем, что область нагружения примыкает к внешней поверхности оболочки z —+h/2. В таком случае для Z>ZQ имеют место формулы (5,7,6), причем согласно принятым обозначениям безразмерных величин они могут быть переписаны в виде:
причем первый следует вычислять |
согласно |
формулам (5,7,16), а вто |
||||
рой— согласно (5,7,15); например: |
|
|
|
|
||
|
|
*0 |
|
|
|
|
ЬТг- ± - ЬТ. = - |
- J (е, - М |
Ъ |
+ |
|||
do |
SXX Г (F—F0) dz + |
|
— |
Г (ех — X, F) dF |
||
~de,и ! |
2 |
|||||
|
|
еи |
J |
Таким образом, при вычислении мы встречаемся с простейшими инте гралами типа
|
^dz — z, |
j* zdz = ~ |
z2, |
^ z“ z — |
z3. |
|
|||
Воспользуемся принятыми обозначениями известных величин: |
|
||||||||
|
ю = 1 - 4 - - - - |
^ = 1 - 4 " ? ® - * |
|
(5’7-20> |
|||||
|
|
Е |
еи |
|
Е |
деИ |
|
|
|
Тогда, вычисляя первую группу интегралов |
(5,7,17), получим выражения |
||||||||
для вариаций сил: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^6Тj --- — 6Гг) = |
2(2 — о) -j- ш20) ех + |
со (1 — Zo) хх + |
|
||||||
|
+ |
(А.— со)5,(1 — z0)2x, |
|
|
|
|
|||
^67^---- — 67'1^ = |
2(2 — (о + coz0) е2 + |
со (1 — Zo) х2 -f- |
(5,7,21) |
||||||
|
+ |
(А — со) |
(1 —F0)2x. |
|
|
|
|
||
— 6S = 4 (2 — со + coz0) е3 + 2(о (1 — Fo) х 3 + |
3 (А, — ©) аху (1 —z0)2x. |
||||||||
После вычисления второй группы интегралов находим формулы для |
|||||||||
вариаций моментов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ |
(6Л*2 - _L 6М2) = |
- 2 (2 - (0 + |
CDFS) X! + |
|
|||||
+ |
(А- - со) (1 - |
F0)2 (2 + F0) Sxx - |
(1 ■- Fo) elf |
|
|||||
- ^ |- ( Ш 2 — Y |
6 Ml ) ~ |
— 2 (2 — CO+ |
<02o) X2 + |
|
|||||
+ |
(A - со) (1 —z0)2 (2 + F0) Syx - |
|
(1 -Fjj) e2, |
(5’7>22) |
|||||
|
-^r ЬН — — 4 (2 — to + |
o)Fo) x3 -f- |
|
|
|||||
|
oL/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 3 (A — (0) (1 - |
Fe)2 (2 + |
F0) ^ x |
- i ^ |
( l - F |
o ) 83. |
|
В третьей зоне оболочки пластическая до потери устойчивости де формация оболочки остается пластической и после потери устойчивости, т. е. область разгрузки отсутствует. Поэтому выражения 'вариаций сил и моментов получаются из (5,7,17) согласно формулам (5,7,15):
~ k ( 6Tl ~ |
т |
6T0 = |
(1 - со) в, - (Л. - со)s,e, |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(5,7,23) |
|
(ЬТо |
—57*0) = (1 — со) е2 — (к — со) S^e, |
|
|||||
|
~ ^ 6S = |
~ О — ®) ез — (*- — e>)<rxi,e, |
|
|
||||
-А- (бМ, - |
± - 6Ма) |
= |
- (1 - |
со) х, + (К - |
со) S,x, |
(5,7,24) |
||
_ L |
(бМ2 - |
± |
ЬМ,) = |
- |
(1 - |
со) х2 + (X - |
со)V , |
|
|
~ г5 ЬН= — г (! — ®) хз + (к — и) <V<- |
|
||||||
Формулы |
(5,7,18), |
(5,7,23), (5,7,24) для первой и третьей |
зон уста |
навливают линейные однородные зависимости между вариациями сил и моментов, с одной стороны, и деформацией срединной поверхности и ее искривлений — с другой. Однако в зоне упруго-пластических деформа ций (второй) эти зависимости не являдотся линейными, оставаясь одно
родными. Это видно из формул (5,7,21), (5,7,22), |
в которые входит ве |
|
личина го — дробнолинейная функция нулевой |
степени относительно |
|
е п И х п : |
|
|
ахе1 4~ GyE2 Аг 2&хуЕз |
(5,7,14) |
|
0**1+ ОуК2+ 2ОхуК3 |
||
|
Очень существенно, что в этом выражении z0 можно исключить дефор мации еп, выразим их через вариации сил бТь бГ2, бS. Умножая первое
уравнение группы (5,7,21) на сХу второе на оу и третье на оху и склады
вая их, видим, что деформации е* входят в |
получающееся уравнение |
||||
только в виде некоторых комбинаций е; но так как из |
(5,7,14) |
e= Zox, |
|||
то, исключая эту величину, получим |
|
|
|
||
X (1 _ z0)2+ |
4г0 - |
4 ?*6Tl + |
+ 3g^ 6s = |
0. |
(5,7,25) |
|
|
Eh у. |
|
|
|
Обозначим через ср безразмерную величину, входящую в это урав |
|||||
нение и зависящую от вариаций сил и кривизн: |
|
|
|||
Ф = |
% |
Sx&E\ 4х St/67'2 4~ 30х1/65 |
|
(5,7,26) |
|
\ — Х |
Eh у, |
|
|
||
|
|
|
|||
Решая квадратное уравнение (5,7,25), находим |
|
|
|||
|
t _ |
1 /(1 -Ц (1 + Ф) |
|
|
|
причем £ есть отношение толщины пластического слоя оболочки к об щей ее толщине (рис. 5.35):
20 = 1 — 2£. |
|
(5,7,28) |
||
2 |
|
|
|
|
Таким |
образом, |
в |
формулах |
|
(5,7,21), (5,7,22) |
под |
z 0 |
мы можем |
|
подразумевать либо |
выражение этой |
|||
величины |
(5,7,14) |
через |
деформации, |
|
либо выражение |
ее |
через вариации |
||
сил и искривлений (5,7,28). |
||||
Выражения сил и моментов в зоне |
||||
упруго-пластических деформаций обо |
||||
лочки несколько упрощаются, если пе |
ред потерей устойчивости пластическая деформация мала сравнительно
с упругой. Отбрасывая в (5,7,21), (5,7,22) малые порядки (со) сравни |
|
тельно с «1» и заменяя z 0 по формуле |
(5,7,28), получим |
J _ ( STl_ ± 6 r s) |
= eI + i s , ^ . |
( бГг— г бТ0 = 62 + " Г |
^ |
’ |
(5,7,29) |
|||||
— |
6S = — е3 + |
2 |
CTt„x£2, |
|
|
|||
Eh |
|
3 |
|
UJ |
|
|
|
|
(ЬМ, - ± |
6М2) = |
- |
хх + |
|
(3 - |
21) х, |
|
|
~ ( ш 2 - - L |
|
= |
- |
х2 + |
KSyV (3 - |
2£) ч, |
(5,7,30) |
|
А . бЯ = - |
Кз + |
|
(3 _ 2£) х. |
|
|
|||
Принципиальное упрощение основных соотношений (5,7,21), (5,7,22), |
||||||||
как и (5,7,29), (5,7,30), происходит в тех 'случаях, когда из |
каких-либо |
|||||||
соображений величина £, т. е. относительная |
толщина пластического |
|||||||
слоя во второй зоне, может |
считаться известной функцией |
координат |
точки поверхности. Действительно, указанные соотношения, как и соот ношения (5,7,23), (5,7,24), становятся линейными и однородными отно сительно силовых факторов деформаций и искривлений, и потому задача об устойчивости оболочек за пределом упругости в математическом от ношении будет немного сложнее соответствующей упругой задачи.
Следует заметить, однако, что величина £ в общем «случае является
переменной по толщине |
и |
зависит от неизвестных функций. Вводя в |
|||
выражения |
и Х£2 (3—2 £) значение £ согласно (5,7,27) и разлагая |
||||
возникающий в процессе -вычислений |
корень ]/1 + <р по степеням <р, |
||||
получим |
|
|
|
|
|
|
^£2 = |
+ |
^оф + • •. |
^0 + |
М>, |
|
(3 —2£) = Х10 + Хюф + |
• • • ^ |
^юф |
При отсутствии осевой силы ( о х = |
0, а у = —аи) |
имеем |
|
г = я | / |
— (1—ф + |
ЗЛ). |
(5,8,12) |
Уаи
Теперь рассмотрим осесимметричную форму потери устойчивости цилиндрической оболочки, сжатой осевой силой Р и боковым давле нием q.
Напряжения перед потерей устойчивости выражаются формулами (6,8,1). Из условия симметрии и уравнения равновесия в направлении оси х следует 8S = 67’i = 0, ез=хз = 0. Точное решение поставленной за дачи получим для того случая, когда осевое сжимающее напряжение в два раза больше тангенциального:
<JX — 2 а у , |
P = |
4 n R 2q. |
(5,8,13) |
В этом случае S v = 0, и потому |
из |
формулы |
(5,7,26) имеем ср=0, |
т. е. относительная толщина пластического слоя £ постоянна; формулы
(5,7,27), |
(5,7,28) |
и (5,7,25) дают |
|
|
|
|
||
|
|
|
z0= |
1 _ 2 £ = |
- 1 + |
V k . |
|
(5,8,14) |
Из (5,7,21) |
найдем |
6Г2 |
и er -1—i- е2: |
|
|
|
||
- ^ |
= 2 ( 2 - ш + |
юг„)е2+ ^ - (1 - 1 0)2 |
щ |
(i |
и, |
|||
— 2 (2 — со + о>^) (ех + |
е2^ = |
-у £ to (1 — го )'^! + |
у * г ) |
+ |
||||
|
|
|
+ J L (A,_©)ax(l-Z o )8x. |
|
(5,8,15) |
|||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
Эти формулы несколько упрощаются |
при |
S y = 0; при г0 = —1+ V k их |
можно рассматривать как приближенные и для произвольного значения
S y. Из первых уравнений группы (5,7,22) имеем выражение для изги бающего момента 6Мь
= — 2 (2 — со — ©г?) (х х + - у х ,) + - J |
(X — со) (1 — F0)2 х |
||
X (2 + г0)с т,х - |
(1 - z l ) (ех + |
- L е2). |
(5,8,16) |
Обозначим через w ( x ) прогиб оболочки; тогда искривления хь х2 и тан генциальная деформация е2 будут иметь выражения:
|
= |
d2w |
w |
e9 = — w |
|
|
dx2 ’ |
1 ? |
(5,8,17) |
|
|
|
|
|
x - |
cr^ + ^и2 = |
(x, + |
Y |
|
Исключая ex -f- |
e, из |
(5,8,16), |
находим |
следующие выражения 6М 1 и |
-6Та через ш: |
|
|
|
|