Численный анализ устойчивости при осевом сжатии вафельных цилиндрических оболочек из алюминиевых сплавов


Авторы

Анисимов С. А.

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

e-mail: ser85@bk.ru

Аннотация

В работе даётся описание вычислительной модели, основанной на методе численного интегрирования и предназначенной для решения в линейной эйлеровой постановке задач устойчивости сжимаемых в осевом направлении вафельных цилиндрических оболочек. С принятием гипотезы «размазывания» указанные оболочки рассматриваются по схеме конструктивно-ортотропных оболочек, подчиняющихся гипотезам Кирхгофа-Лява. На основе тетраэдрального элемента (Tet10) в среде программного комплекса MSC Patran/Nastran строится также альтернативная конечно-элементная модель для решения тех же задач. Достоверность получаемых численных решений подтверждается хорошим согласованием результатов расчётов на основе отмеченной альтернативной вычислительной модели и имеющимся решением методом конечных разностей. Результаты проведённых расчётов на устойчивость при осевом сжатии образцов вафельных цилиндрических оболочек, изготовленных из алюминиевых сплавов, сравниваются с имеющимися экспериментальными данными.


Ключевые слова:

устойчивость при осевом сжатии, вафельная цилиндрическая оболочка, метод численного интегрирования, метод конечных элементов

Библиографический список

  1. Wang B., Tian K., Hao P., Zheng Y., Ma Y., Wang J. Numerical-based smeared stiffener method for global buckling analysis of grid-stiffened composite cylindrical shells // Composite Structures, 2016, no. 152, pp. 807-815. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.05.096

  2. Wang B., Du K., Hao P., Zhou C., Tian K., Xu S., Ma Y., Zhang X. Numerically and experimentally predicted knockdown factors for stiffened shells under axial compression // Thin-Walled Structures, 2016, no. 109, pp. 13-24. DOI: 10.1016/J.TWS.2016.09.008

  3. Wagner H.N.R., Huhne C., Niemann S., Tian K., Wang B., Hao P. Robust knockdown factors for the design of cylindrical shells under axial compression: Analysis and modeling of stiffened and unstiffened cylinders // Thin-Walled Structures, 2018, no. 127, pp. 629-645. DOI: 10.1016/j.tws.2018.01.041

  4. Tian K., Wang B., Hao P., Waas A.M. A high-fidelity approximate model for determining lower-bound buckling loads for stiffened shells // International Journal of Solids and Structures, 2018, no. 148-149, pp. 14–23. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2017.10.034

  5. Егоров И.А. Учёт пластических деформаций при проектировании отсеков вафельного типа // Труды МАИ. 2022. № 122. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=164103. DOI: 10.34759/trd-2022-122-04

  6. Малинин Г.В. Методики расчета ребристых пластин на прочность и устойчивость // Труды МАИ. 2021. № 121. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=162655. DOI: 10.34759/trd-2021-121-08

  7. Фирсанов В.В., Во А.Х. Исследование продольно подкрепленных цилиндрических оболочек под действием локальной нагрузки по уточненной теории // Труды МАИ. 2018. № 104. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=102130

  8. Петров И.И., Сердюк Д.О., Скопинцев П.Д. Фундаментальные решения для ортотропной цилиндрической оболочки // Труды МАИ. 2022. № 124. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=167066. DOI: 10.34759/trd-2022-124-11

  9. Кабанов В.В., Железнов Л.П. Вопросы прочности и долговечности элементов авиационных конструкций: межвузовский сборник трудов. - Куйбышев: КуАИ, 1990. С. 3-12.

  10. Юдин А.С., Пономарев С.Е., Юдин С.А. Устойчивость подкреплённых цилиндрических оболочек // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2002. № 1. С. 45-49.

  11. Петроковский С.А. Научно-технические разработки ОКБ-23-КБ «Салют». - М.: Воздушный транспорт, 2006. С. 204-240.

  12. Петроковский С.А. Научно-технические разработки КБ “Салют” 2012-2013 гг. - М.: Машиностроение, 2014. С. 90-97

  13. Hilburger M.W., Lovejoy A.E., Thornburgh R.P., Rankin C. Design and analysis of subscale and full-scale buckling-critical cylinders for launch vehicle technology development // AIAA Paper, 2012. DOI: 10.2514/6.2012-1865

  14. Hilburger M.W., Haynie W.T., Lovejoy A.E., Roberts M.G., Norris J.P., Waters W.A., Herring H.M. Subscale and full-scale testing of buckling-critical launch vehicle shell structures // AIAA Paper, 2012. URL: https://archive.org/details/NASA_NTRS_Archive_20120008177/page/n2/mode/1up

  15. Hilburger M.W., Waters W.A.J., Haynie W.T. Buckling Test Results from the 8-Foot-Diameter Orthogrid-Stiffened Cylinder Test Article TA01. [Test Dates: 19-21 November 2008] // NASA/TP-2015-218785, L-20490, NF1676L-20067 - 2015.

  16. Hilburger M.W., Waters W.A.J., Haynie W.T., Thornburgh R.P. Buckling Test Results and Preliminary Test and Analysis Correlation from the 8-Foot-Diameter Orthogrid-Stiffened Cylinder Test Article TA02 // NASA/TP-2017-219587, L-20801, NF1676L-26704. - 2017.

  17. Васюков Е.В., Владимиров С.А., Ежов С.А. и др. Сравнительный расчётно-экспериментальный анализ устойчивости при осевом сжатии цилиндрических оболочек с вафельным и спиральным типами оребрения // Космонавтика и ракетостроение. 2022. № 5 (128). С. 54-66.

  18. Кармишин А.В., Лясковец В.А., Мяченков В.И., Фролов А.Н. Статика и динамика тонкостенных оболочечных конструкций. – М.: Машиностроение, 1975. – 376 с.

  19. Годунов С.К. О численном решении краевых задач для систем обыкновенных линейных дифференциальных уравнений // Успехи математических наук. 1961. Т. XVI. Вып. 3. С. 171-174.

  20. Ланс Дж.Н. Численные методы для быстродействующих вычислительных машин. - М.: ИЛ, 1962. – 208 с.

  21. Сухинин С.Н. Прикладные задачи устойчивости многослойных композитных оболочек. - М.: Физматлит, 2010. – 248 с.

  22. Стёпкин В.И., Сухинин С.Н. Экспериментально-теоретическое исследование устойчивости вафельных оболочечных конструкций с учетом параметров анизотропии // Ракетно-космическая техника: Cер. 2. 1995. Вып. 1. С. 89-101.

  23. Hilburger M.W. Developing the next generation shell buckling design factors and technologies // Proceedings of the 53rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC structures, structural dynamics and materials conference, 2012. DOI: 10.2514/6.2012-1686


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход