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

Поскольку правые части уравнений (6,2,21) согласно (6,2,11) «и (6,2,«13), функции только двух параметров К :и ц, то .в трехмерном .пространстве с переменными Qt, Qm, Q/m они представляют поверхность

F (Qt> Qm> Qtm) = 0,

(6,2,22)

a (6,2,21) является параметрическим уравнением этой поверхности. По­ лучаемая таким образом связь между квадратичными формами (6, 2, Ш) называется конечным соотношением между силами и моментами, дейст­ вующими в оболочках. Этот фундаментальный результат получен Илью­ шиным на основании гипотезы Мизеса аи=сг5 и потому является обоб­ щением условия Мизеса; отметим также, что конечное соотношение будет иметь такой же вид согласно теории течения Сен-Венана — Кулона.

Укажем три частных случая конечного соотношения.

1.

Безмоментное напряженное состояние имеет место при Xi = X2=Xi2=0, при этом

и Рен = 0 . Конечное соотношение получим из (6,2,21), если положим, что деформации

волокон по толщине оболочки одинаковы:

еИ1== ^и2 == ^ио» А»== М*===1•

.В формулах (6,2,Ш)

и (6,2,13) можно взять нижний знак и затем

открыть неопреде­

ленности в формулах

(6,2,21). Тогда найдем условие Мизеса:

 

 

Qm = Q tm = 0» Qt = 1»

 

или в развернутом виде

 

 

т , — Т гТ 2 4 -7 ^ 4 - 3T I2 = Т ; .

(6.2,23)

2.Чисто моментное напряженное состояние имеет место при отсутствии удлине­

ний срединной поверхности. Квадратичная форма Ре =0, а

потому Рех = 0,

Как сле­

 

дует из формулы (6,1,3), интенсивность деформаций еа есть четная функция z

и соглас­

 

но (6,1,12)

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£И1 — £И2> ^ио —

 

К —1,

р.— 0.

 

 

 

 

 

В формулах (6,2,11), (6,2,13) следует брать

нижний знак, так как ZQ=

= 0,

таким

 

образом, получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дх =* 2,

Д = 0,

ф =

0,

ф = 2 In 2,

х — 2*

 

 

 

 

Конечное соотношение (6,2,21)

принимает такой вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q t = Q tm = 0, Q m = 1»

 

 

 

 

 

 

И Л И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М \ — М гМ г ^ - М 1 ^ - Ъ М \2 =

М \ .

 

 

 

 

(6,2.24)

3.

Простейшее

сложное

напряженное

состояние

 

оболочек

при

Р к

Ф 0,

Рз Ф 0

имеет место, если билинейная форма (Р ек

= 0)

обращается

в нуль:

 

 

 

 

 

Р е х = X i ^ 6 i -ф-

 

е а^ ф

 

x a ^ e a ф

 

 

^ i 2 e i a == 0 .

( 6 , 2 , 2 5

Оно может иметь место, например, в случаях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

а)

X JJ — Х а —

0,

X i Ф

0,

Ei —

 

^

 

 

 

 

 

 

б)

Eia — ва =

0,

Ei ф 0,

х —

1

^2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

и многих других.

Из (6,2,7) при этом имеем ‘

бИ1 = £И2 ^иО» ^ == ^ » И* ^ »

т. е. налицо доминирующая деформация изгиба. Находим

и после несложных преобразований конечное соотношение принимает вид

 

 

 

 

Q t m 0 »

 

 

(6,2,26)

Оно

дает линию

пересечения

поверхности

(6,2,22) с .плоскостью

Q t m = 0.

Поскольку

Q t ,

Q m

существенно положительны, вся

поверхность расположена

между

плоскостями

Q t =

0 и

Qm=0,

а линия (6,2,26)— между

положительными

направлениями осей Q i ,

Qm, т. е. и первом квадранте плоскости

Qfm = 0. Точка Qm = 0, Q*='l, соответствующая

безмоментному

состоянию оболочки, получается из (6,2,26)

при

|х=«1, а точка Q* = 0,

Qm = l, соответствующая чисто

моментному

состоянию оболочки,

при р = 0 . Последнее

очевидно, поскольку |xlnp. = 0 при |х= 0.

 

 

 

 

 

 

§ 3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

 

Имея -конечное ■соотношение Ильюшина, можно дать общую поста­

новку задачи

об определении несущей •способности оболочек.

 

 

 

•В самом деле, если предположим, что силы и моменты или .квадра­

тичные формы Q t} Q m, Q im заданы и удовлетворяют конечному •соотно­

шению

(6,2,22'), то по ним любые два уравнения (6,2,22) позволяют най­

ти параметры:

 

 

 

 

 

 

 

 

а затем согласно (6,2,10)

и (6,2,8) найти / ь /2, / 3 . При этом величина ещ

останется неопределенной, и мы получим

 

 

 

 

 

 

 

Ц

Г 3 (Q/, Qm, Qtm) ,

 

 

( 6

, 3 , 1 )

 

 

 

 

 

 

 

где F n будут вполне определенными функциями сил и моментов.

и

 

Если эти значения интегралов 1\, /2, / 3 внести в формулы усилий

моментов, то одно из получающихся таким образом шести уравнений'бу-

дет 'следствием пяти других, так

как силы Т и моменты М

удовлетво­

ряют конечному 'соотношению (6,2,22). Решая эти шесть уравнений

от­

носительно шести деформаций и искривлений, мы получим, принимая во внимание (6,2,27), соотношения:

(6,3,2)

е12 — *в1

^12^3 Н12F2

v

_

П\2^1

Д'

" » ^12 — ^и1

Д'

 

 

 

где

Si = n - - f r„

S, =

r a —l r lf s l a ~

- | - r la ,

Hl = Ml ----

£-Л*„

Яа =

А1а--^Л 4 х . Я12 =

-5-М12;

причем в (6,3,2), если eui имеет значение (6ЛЛ'2), одно из уравнений яв-. ляется 'следствием пяти других; в этом нетрудно убедиться, если состав вить из (6,3,2) соответствующие квадратичные формы.

Поскольку шесть компонентов деформаций и искривлений выра­ жаются с помощью дифференциальных операций по криволинейным ко­ ординатам через три компонента вектора перемещения w точки средин­ ной поверхности, они должны удовлетворять уравнениям совместности деформаций. В общем случае уравнения совместности можно выразить, только через силы Т и моменты AI, но в случае (6,3,2) они содержат еще одну функцию координат еи\. Та.ким образом, дифференциальных урав­ нений равновесия и условий совместности деформаций будет недостаточ­ но для определения сил Гь Г2, Т J2, моментов М и М2, М\% и неизвестной функции е и\. Недостающим уравнением и будет .конечное, соотношение (6,2,21) между силами и моментами. Ввиду того что это соотношение не дифференциальное и из н^го следует, что силы и моменты и даже их квадратичные формы Q t, Qm, Qtm ограничены по величине, ясно, чтопри произвольных внешних силах равновесие оболочки невозможно.

Несущей способностью оболочки называется то предельное значение внешних сил, при котором внутренние силы Т и моменты М удовлетво­ ряют .конечному соотношению (6,2,21), уравнениям равновесия, усло­ виям совместности деформаций и 'граничным условиям. В некоторых частных случаях благодаря конечному соотношению задача о равнове­ сии становится статически определимой и не требует условий совместно­ сти деформаций. Тогда вопрос о несущей способности оболочки решается сравнительно просто. Он еще более упрощается, если силы и моменты могут быть выражены через внешние силы только с помощью уравнений равновесия, что имеет место, например, в безмоментной теории оболо­ чек; в таком случае конечное соотношение '(6,2,21) определяет несущую способность.

Условия совместности деформаций делают задачу об определении несущей способности весьма сложной и потому важное значение имеют приближенные методы ее решения. Энергетический метод решения со­ стоит в следующем: задаются подходящей формой деформированной по­ верхности оболочек и, составляя выражения вариации работы внутрен­ них сил и работу внешних сил на вариациях "перемещений, сравнивают их. |Приближенное предельное значение внешних сил получится, если упрочнение материала положить равным нулю, а деформации неограни­ ченно увеличивать, или, что то же, сохраняя постоянным предел теку-, чести as= 3Ges, G стремить к бесконечности, a es к нулю.

§ 4. ОБОЛОЧКИ, ПОДВЕРГНУТЫЕ НАГРЕВУ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Практический интерес представляют задачи термоупругости для оболочек (и пластин) при наличии излучения. Известны постановка и решения этого -рода задач, принадлежащие В. В. Болотину [6]. Приве­ дем ‘соображения к постановке задачи о деформациях пластин и оболо­ чек, подвергаемых -внезапному нагреву излучением [7]. Решение этих задач требует рассмотрения уравнений теплопроводности и термоупру­ гости. Учитывая, что при составлении уравнений термоупругости IB тео­ рии пластин и оболочек существенно используется гипотеза Кирхгофа— Лява о сохранении нормального элемента, правомерно ввести подоб­ ную гипотезу и в уравнения теплопроводности. Пусть температура Т, отсчитываемая от некоторого постоянного уровня, определяется выра­ жением

Т T Q (х ±, х%) -)- х30 (X i , х 2),

(6,4,1)

где х\, х 2 — криволинейные координаты срединной

поверхности; х 3 -

координата, отсчитываемая по нормали к срединной поверхности. Что­ бы вывести уравнения для средней температуры Т0 и температурного градиента 0, .воспользуемся вариационным принципом 6/=0 для функ­ ционала

'

Ш

[ с” ( г

т1

г

) +

*v,T V 7 - - , < г - Г ) ]

* +

 

*0

V

 

 

 

 

 

 

 

 

+ j k

( Т Г — T J

T HT ) d s |

dt.

(6,4,2)

 

 

S

 

 

 

 

 

 

Здесь с — удельная теплоемкость;

р —плотность

материала;

% — коэф­

фициент теплопроводности; q — плотность тепловых источников, равная количеству тепла, выделяющегося в единице объема в единицу време­

ни; k — коэффициент

теплоотдачи поверхности оболочки;

Тв — темпе­

ратура окружающей

среды; v — объем оболочки; s — ее поверхность;

t 0 и t i

два произвольно выбираемых момента времени;

у* и у* сим-

волы

ковариантного

и контравариантугого дифференцирования. Через

Т* обозначена температура процесса, протекающего в направлении, про­ тивоположном рассматриваемому процессу. Легко убедиться, что ва­ риационные уравнения Остроградского—Эйлера и естественные гранич­ ные условия для функционала (6, 4, 2) совпадают с уравнением тепло­ проводности и условием •конвективного теплообмена -на поверхности s.

Внеся выражение (6, 4, 1) в (6, 4, 2), заменим интегрирование по объему v интегрированием по срединной поверхности, а интегрирование по поверхности s — интегрированием по наружной и внутренней поверх­ ностям оболочки, а также по ее торцам. При этом будем считать, что толщина оболочки весьма мала по сравнению с 'радиусами кривизны срединной поверхности. Уравнения Остроградского—Эйлера для преоб­ разованного функционала принимают вид:

^ - XV^o +

[(*+ + k - ) Т 0 + (k+ -

А_) Л0] =

__

1 (Q + k +T + + k j r S ) ,

(6.4,3)

cph

д в

20 ,

w 9 +

12Х

/1а

(6,4,4)

где V2=ViV‘ — оператор Лапласа; %=А,/ср— коэффициент температу,- ропроводности; Г+ и Г_— температура 'среды с .наружной и внутренней

сторон оболочки; k+

k - — соответствующие коэффициенты теплоотда­

чи; Q — отнесенная к

единице площади срединной .поверхности

плот:

кость тепловых источников; z 0 — координата «центра тяжести»

источ­

ников. Естественные 'граничные условия приводят к условиям теплооб­ мена на торцах:

+ k y (Г0 — Ту) = 0,

(6,4,5)

Ху£Qnt + ky (0 — 0Y) = 0.

(6,4,6)

Здесь tii — вектор нормали к торцевой поверхности; k y — коэффициент теплоотдачи для этой .поверхности.

Рассмотрим пример [7]. Пусть неограниченная пластина постоянной толщины Я, покоящаяся при /< 0 , подвергается в момент времени /= 0 действию излучения, интен­ сивность которого далее спадает во времени. Поле излучения предполагается осесим­ метричным. Между поверхностью пластинки и средой пусть реализуются условия кон­ вективного теплообмена с коэффициентом теплоотдачи k, температура среды Т+ = Т - = 0. Уравнения (6,4,3) и (6,4,4) принимают вид

 

 

 

дТ0

 

о +

2КТ0

 

Q

 

(6,4,7)

 

 

 

dt

 

срЯ

=

 

 

 

 

 

срЯ

 

 

 

- x v 20^ -(

12%

6k \

 

 

12Qz0

 

Я2

срЯ J

 

 

срЯ3

(6,4,8)

 

 

 

 

Уравнения

(6,4,7) ,и (6,4,8)

должны быть рассмотрены совместно с уравнениями термо-

упругости.

Уравнение

плоской

осесимметричной

 

задачи,

записанное в перемещениях,

имеет вид

 

 

 

р (1 — у2)

 

 

 

,

ч

 

 

 

и

 

д2и

 

/t

д Т 0

 

 

ra

'

Е

 

dt2

=\а (* + v)

(6,4,9)

 

 

 

 

 

1

''

dr

где и — радиальное

перемещение;

а — коэффициент

температурного расширения;

v и £ — коэффициент Пуассона и модуль упругости. В то же время уравнение изгиба будет

у ау аш —

• ~ “ j- = = a (l ^ v) V20,

 

(6,4,10)

г д е w — нормальный прогиб;

D — цилиндрическая

жесткость. Уравнения

(6,4,7) —

(6,4,10) интегрируются при начальных условиях

 

 

 

 

Го (г,О) = 0(г, 0) =

.

д и (г,

0)

d w (r, 0)

 

а(г, 0) =

----- ~

~~ =

w (г, 0) = ----- ^

= 0

 

и граничных условиях, требующих ограниченности

всех функций при

г= 0 и надлежа­

щего затухания всех функций

при г, стремящихся

в бесконечность. При этом,

конечно,

и на плотность источников Q(r, t) должны быть наложены соответствующие ограни­

чения.

^

 

 

 

Решение

уравнений (6,4,7)— (6,4,10) ищем при помощи преобразования Хан-

келя [8]. Поле температур определяется по формулам

 

Т0 (г,

0 =

j Т*0 (р,

t) / 0 (p r ) p d p ,

 

 

 

о

(6,4,11)

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

0 (г,

0 =

j e * ( p ,

t) /0 (pr) p d p ,

40 П. М. Огнбалов, М. А. Колтунов

где

I

То (р, о =

~ сд ~

^

ехр [ — (ХР2 +

а0) (t — т)] Q *

(р,

т) d x ,

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12^

лt

 

 

 

 

 

 

 

 

0* (р. О =

 

J

ехр [ — (ХР2

а) (< — -г)] Q * (р ,

х) d x ,

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

 

 

Q* (р. О =

J

Q (р. О /0 (Р') г л -.

 

 

при этом

 

Од -- _2ft,

 

 

 

12x

6ft

 

 

 

 

»

О,:

 

 

 

 

 

 

cp/l

 

 

 

h2

' cph

 

 

Для поля смещений аналогично получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

 

 

И(г>0 =

j и* (р. О 4 (pr) Р dp,

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

 

 

w(r,t)= j" ш* (р,

0 /о (pr) рdp,

 

 

где

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и *

(р ,

i) =

a q \

(1 +

v) j

sin [%p(< — x)] T*0 { p ,x )

d x,

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

w *

(p>

t) =

a<72 (1

 

v)

j

sin [gp2 (t T)] 0* (p,

T) d x .

Здесь

(6,4,12)

(6 ,4 ,1 3 )

(6,4,14)

% = —7]---- , Г = '

D

Ph

P ( 1 — V 2)

Параметры c, k, %y го, p, £ , v и а предполагаются постоянными.

Исследуем случай, когда изменение плотности

источников по радиусам подчи­

няется гауссову закону, а их интенсивность меняется во времени по экспоненциально­ му закону:

г2

 

 

 

 

Q (Г, о =

Q0 ехр

 

 

t > 0.

(6 ,4 ,1 5 )

Здесь

Qo, го и s — константы. Подстановка

 

в формулы (6,4,12) дает

 

 

 

Г*

Л

2<^°Г“ ехр

^

ехр

— ехр Г— (ХР2 +

Оо) <]

 

 

° (Р’ 0 "

 

с ф

 

 

 

----------

 

 

 

 

24Q0z0rgexp(— р2^ )

 

ехр (— st) — ехр [—(XP2^-a) <]

 

 

0

’ '

 

cph3

 

 

ХР* + a — s

 

Для

функций a*(p, /)

и w*(p,

t),

применяя

формулы (6,4,14), получаем

^

^

2Q0a (1 ф

v) q \r \p

ехр (— p*rg)

|

“ Р

~ cos ЯъР1 *

sin q0pt

c?h (ХР2 + Оо — s)

 

 

 

7D2

Оа

 

 

ехр [— (ХР2 -ф- Яо) <] — cos q„pt -ф------------— sin q0pt

 

 

_________________________ ЯоР________

(6,4,16)

 

 

^Р2 -ф- (ХР* - f Яо)а

 

 

 

 

 

 

 

 

2frQoZ0a (1-Ф-у) qVjjp2 ехр (—рУ%)

ехр (— st)

— cos q f?t ф-

sin qp*t

о>*(Р, <) =

 

 

 

 

cpft3 (xp2 4 - a — s)

 

 

q2p* ф-s2

 

 

 

 

 

 

exp f— (XP2

 

yn2

к. д

 

 

— cos qfPt -ф> —

— -----sin qp*t

 

 

 

fp*

(X P2 - f a 2)2

'

(6,4,17)

 

 

 

Обращение преобразования

Ханкеля

в данном

случае не может

быть выполнено

в конечном виде, поэтому интегралы

 

 

 

 

 

оо

 

 

оо

 

 

 

и (р, t) = f и * (р, 0 л. (рг) p d p ,

ш (р, о =

f O'* (р. О /о (рг) Р dp

 

о

 

 

6

 

 

надо определять'численно.

Представляет интерес выяснить условия, при которых можно пренебречь влия­ нием инерционных сил, рассматривая процесс как квазистационарный. Квазистационарные решения при t > 0 даются формулами

и0 (Р, 0 =

2Q0a (1 Ф v)

го ехР ( Р^о)

ехр (- si) — ехр [— (XP2 -Ф- Од) <]

cph

 

(6,4,18)

 

 

ХР2 -Ф- °о s

щ (р>0 =

2Qz0a ( l ^ v )

го ехр (— pVjj)

ехр (— si) — ехр [— (хр2 4- а) <1 .(6,4,19)

Р2

 

cph3

ХР2 ’Ф- а — s

Как отмечается в работе [7], вычисления показывают, что продольные смещения ■могут быть с достаточной точностью найдены по формуле (6,4,18), если выполняются условия

s/о «

<7о,

-ф- а « р„,

(6,4,20)

 

 

го

 

т. е. тепловые процессы происходят

достаточно медленно по сравнению

со скоростью

распространения упругих волн.

Для нахождения нормальных смещений квазистационарное приближение вообще непригодно. Действительно, интеграл

оо

 

а»о (г, 0 = j

(Р- 0 ;*(рг) рdp

о

 

с функцией WQ (р, 0 , определяемой согласно (6,4,19), не существует. В то же время

решение с учетом инерционных членов позволяет вычислить конечный максимум тем­ пературного прогиба. Здесь существенно, что пластина предполагается неограниченно большой. Если пластина имеет конечные размеры, то квазистационарное приближение становится пригодным для сравнительно медленных тепловых процессов.

§ 5. ОБОЛОЧКИ, ПОДВЕРГНУТЫЕ РАДИАЦИОННОМУ ОБЛУЧЕНИЮ

.Прежде всего выскажем несколько соображений, относящихся к •постановке задачи. Известно, что радиационное облучение твердых тел сопровождается многочисленными эффектами, в результате .которых в твердом теле возникает объемная деформация [9—12], изменяются уп­ ругие и особенно .пластические характеристики вещества [13].

Нейтрон, обладающий достаточной 'кинетической энергией, проходя через кристаллическую решетку, образует на своем .пути первичные, .вто­ ричные и т. д. атомы отдачи. Выбитые из кристаллической решетки ато­ мы оставляют вакантные места и в конце концов .останавливаются в междоузлиях, что ведет к образованию в решетке парных дефектов Френкеля «атом внедрения—вакансия». Атом может быть выбит из уз­ ла, когда он получит некоторую пороговую энергию Ел. Если атом по­ лучает энергию, меньшую Ел, то она рассеивается на возбуждение ко­ лебаний решетки (нагревание) без образований в ней смещений [14—17].

.Взаимодействие нейтронов с ядрами кроме упругого рассеяния мо­ жет сопровождаться захватом нейтронов и делением ядер. При каждом акте распада выделяется энергия и образуются новые химические эле­ менты [18—20].

Рассмотрим начально 'однородное изотропное тело, занимающее полупространство z^O . Если на границу z = 0 параллельной оси z пада­

ют нейтроны

с

одинаковой средней энергией

и интенсивностью,

/°g -T-^ K’

то

из простых рассуждений можно

найти интенсивность

потока нейтронов, доходящих до плоскости z = const: падение потока d l

в слое d z

пропорционально I ( z )

и d z ;

отсюда

 

 

I ( z ) =

I 0e

нейтрон

(6,5,1)

 

см2 сек

 

 

 

 

Величина

ц называется микроскопическим эффективным сечением. Для

любого химического элемента [16]

 

 

 

р =

ап 0 =

о Ар

(6,5,2)

 

 

 

А

 

и имеет порядок \\/см, причем о — эффективное сечение, отнесенное к од­ ному ядру; р — плотность; А — атомный вес; Ао — число АвогаДро; По — число ядер в 1 сж3.

Если /о не зависит от времени, то к моменту времени t через сечение

z пройдет поток

 

N

 

t l ( z )

= l 0t e ~ ^ .

(6,5,3)

В грубом приближении можно считать, что изменение объема веще­

ства,

т. е. объемное расширение

0, прямо

пропорционально потоку

t l ( z ) ,

следовательно,

 

 

 

6 =*

B I 0t e - » z ,

(6,5,4)

где В — опытная константа.

Величина I 0t дает суммарный поток нейтронов на 1 с м 2 поверхности

тела. В реакторах /0 имеет порядок 1013— 10й неи™ро* n v f — j ^ до,стига-

см сек

ет значений 1019 — Ю23 неитрон ,,причем 0 достигает значений порядка 0,1.

см л

Следовательно, в зависимости от энергии нейтронов и облучаемого ма­

териала величина В .может быть порядка 1023— 1021 — —— . Таким об-

нойтрон

разом, для оценки объемного изменения имеем

е = B n v t e - v .

(6,5,5)

(6,5,6)
G будут переменными

Зависимость модуля упругости, ‘пределов текучести и прочности и в-сей диаграммы растяжения от n v l различных энергий исследована экс­ периментально после облучения образцов «в ядерных реакторах.

Как показывают многочисленные опыты, при радиационном облу­ чении материалов, как правило, модуль упругости изменяется слабо («воз­ растает на .1,5—5% относительно необлученного); что касается преде­ лов прочности и текучести, то они весьма чувствительны в отношении облучения и особенно предел текучести {3, 4, '5, 12].

Для массивны^ тел с .плоской границей число проходящих на глу­ бине z под этой границей нейтронов за время t выразится через поток n v t на плоокой границе по формуле

(nvt)z = nvte~ ^z ,

и потому предел текучести crs и модуль сдвига по глубине z.

Введем гипотезу, что свойства, возникающие на глубине z, совлада­ ют со свойствами при однородном радиационном облучении мощностью ( n v t ) 13]. Тогда диаграммы для G и a s по n v t , аналитически записывае­ мые :в форме

 

G = G (nvt),

a s = a s (nvt),

 

дают кривые изменения

G и o s по глубине z при заданном

n v t = N на

поверхности

 

 

 

G =

G (Ne~^z),

a s = a s (Ne~^ z).

 

.Если подвергнуты

облучению

мощности n v t — N тела

с .плоскими

границами, полый цилиндр или сфера, причем объемное изменение незначительно, то распределение напряжений и деформаций в них мож­ но найти по формулам упруго-пластических деформаций неоднородного тела.

Формула (6, 5, 6) предполагает, что рассеяние нейтронов d N z в слое d z пропорционально N z и толщине слоя dz, d N z = \iN zdz. «При радиаль­ ном потоке с внутренней поверхности, например для цилиндра, это соот­ ношение заменяется на d ( r N r) = ii r N Tdz, а для сферы при радиальном потоке изнутри — на d ( r 2N r) = \xr2N rd z .

Таким образом, в случае полого цилиндра

N r = N — e ~ M - a\

Г

в случае сферы

N r = N

(6,5,7)

(6,5,8)

где N —.поток n v t да единицу площади .внутренней поверхности цилинд­

ра пли сферы ( г = а ) .

Следовательно, для цилиндра

 

 

G =

G ^

- у

e-^<r- a)J ,

a s =

a s JJV

j ,

(6,5,9)

для -сферы

 

 

 

 

 

 

 

G =

G \ N

~ -2

е - ^ {г~ а) 1 ,

0's =

os \ N

е-И'-a)

(6,5,10)

Если, учитывая |Сказан'Ное «выше, 'считать, что упругие ’.свойства ме­ таллов при облучении изменяются слабо и, напротив, .существенно из­ меняется предел текучести, то для расчета напряжений и деформаций различного рода оболочек, подвергнутых облучению -с наружной или внутренней .поверхности, можно применить обычную теорию упругих оболочек. Специфика 'состоит в определении нагрузок, при которых (впер­ вые возникают пластические деформации, т. е. ,в критериях прочности.

Теперь поставим задачу о радиационном облучении оболочки и ука­ жем путь решения. Пусть (х, у , z ) — сопровождающий трехгранник Дарбу на срединной поверхности оболочки, причем оси х , у направлены по главным линиям кривизны а, р и z — нормаль; еь 62, y = 2ei2 — деформа­ ции срединной поверхности; хь х2*T = xi2 — изменения кривизны и кру­ чения за счет действия внешних нагрузок на оболочку. Тогда результи­ рующие силы и моменты будут связаны с величинами е и х известными линейными соотношениями, причем интенсивность деформаций еИ на расстоянии г от срединной поверхности в любой ее точке будет

в. =

1 /> е -2 гЯ ЕК+ 2 2Р~

(6,5,11)

У3

интенеивность нэп ряжений

 

^ -- - 3GeH>

(6,5,12)

причем Р е, Р у , Рек — известные квадратичные формы для .параметров е, х[1]

Пусть поток «ейтронов происходил .нормально .к одной «з поверх­

ностей

оболочки (например, к внутренней), причем суммарный поток

N = n v t

известен .как функция координат срединной поверхности (напри­

мер, постоянен по всей поверхности). Для определенности положим, что поток N направлен со стороны внутренней поверхности z = + h / 2, где h

толщина 'оболочки. Тогда

в .слое 2 = const поток

N z согласно (6, 5, 6)

будет

 

 

 

N Z

(6,5,13)

Предел текучести os, являющийся известной функцией от N z

 

cs = os(AQ,

 

является, следовательно,

известной функцией z

и .криволинейных коор­

динат оболочки.

оболочки —

Поскольку и сти =3GeH в результате упругого расчета

известная функция координат, мы можем составить разность

 

Т = о 3(М2) - З О е я =

 

= <т£[М? 2 *’] — 2 y b G V K = b z P ^ + * f K.

(6,5,14)

Буквой р обозначим параметр, характеризующий нагрузку на оболочку (.например, давление на поверхности), причем вследствие линейности задачи величины е и х пропорциональны р, а форма Р пропорциональна квадрату р. Обозначим

Ре — Р*Ре, Ру. : р^Рх, Р ех = Р^Р8х,

(6,5,15)