Численно-экспериментальное исследование деформирования и устойчивости цилиндрической оболочки ячеистой структуры при осевом сжатии

Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры


Авторы

Нуштаев Д. В.1*, Жаворонок С. И.2, Клышников К. Ю.3, Овчаренко Е. А.3

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия
2. Институт прикладной механики Российской академии наук, Ленинградский проспект, 7, Москва, 125040, Россия
3. Научно-исследовательский институт «Комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» СО РАМН, Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002, Россия

*e-mail: nyshtaev.vfb@rambler.ru

Аннотация

Исследуется деформированное состояние, потеря устойчивости и закритическое поведение тонкостенной цилиндрической ячеистой оболочки с низкой радиальной и осевой интегральной жесткостью. Экспериментально определена зависимость осевой силы от продольной деформации, соответствующей сближению торцов оболочки при кинематическом нагружении. Определена критическая сила потери устойчивости исходной формы равновесного состояния оболочки с прямолинейной осью и предельная несущая способность ячеистой структуры. Методом конечных элементов построено численное решение задачи о докритическом и закритическом состоянии оболочки при учете нелинейного поведения материала и контактного взаимодействия с сухим трением ячеек, входящих в соприкосновение при деформировании. Проанализировано развитие пластических и фазово — структурных деформаций в ячейках, изучено влияние трения в областях контакта на величину критической силы потери устойчивости. Получено вполне удовлетворительное соответствие результатов численного решения задачи и экспериментальных данных.

Результаты работы имеют прикладное значение как для разработки методов расчета конструктивных элементов ячеистой структуры при контактном взаимодействии с трением для упруго-пластических материалов и материалов с более сложным законом состояния (например, сплавы с эффектом памяти формы), расчета цилиндрических ячеистых оболочек малой жесткости (специальных элементов энергоустановок аэрокосмической техники), а также элементов медицинской техники (коронарных и иных стентов).

Ключевые слова:

оболочка цилиндрическая, структура ячеистая, пластичность, фазово–структурные деформации, контактное взаимодействие, трение сухое, устойчивость, метод конечных элементов

Библиографический список

  1. Пшеничнов Г. И. Теория тонких упругих сетчатых оболочек и пластин. — М.: Наука, 1982. — 352 с.

  2. Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. Эффект памяти формы. — Л.: ЛГУ, 1987. — 216 с.

  3. Auricchio F., Taylor R.L., Lubliner J. Shape-memory alloys: macromodelling and numerical simulations of the superelastic behavior // Computer methods in applied mechanics and engineering. 1997. Vol. 146. P. 281 — 312.

  4. Craig L.B. Open Stent Design: Design and analysis of self expanding cardiovascular stents. — CreateSpace Independent Publishing Platform, 2012. — 94 P.

  5. Dumoulin C., Cochelin B. Mechanical behavior modelling of balloon-expandable stents // Journal of Biomechanics. 2000. No. 33. С. 1461–1470.

  6. Kim J.H., Kang T.J., Yu W.R. Mechanical Modeling of Self-Expandable Stent Fabricated Using Braiding Technology // Journal of Biomechanics. 2008. Vol. 41, No. 15. P. 3202–3212.

  7. Smouse H.B., Nikanorov A., LaFlash D. Biomechanical forces in the femoropopliteal arterial segment. What happens during extremity movement and what is the effect on stenting? // Endovascular Today. 2005. No. 4. P. 60 — 66.

  8. Scheinert D, Scheinert S, Sax J. Prevalence and clinical impact of stent fractures after femoropopliteal stenting // Journal of the American College of Cardiology. 2005. No. 45. P. 312 — 315.

  9. Duda S.H., Wiskirchen J, Tepe G. Physical properties of endovascular stents: an experimental comparison // Journal of Vascular & Interventional Radiology. 2000. No. 11. P. 645 — 654.

  10. Рыжов С.А. ABAQUS — многоцелевой конечно-элементный комплекс для инженерного анализа // САПР и графика. 2003, № 1: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=6736&iid=275

  11. CO-alloy L-605 tubing for surgical implants. — Режим доступа: http://www.euroflex.de/

  12. Belytschko T., Bindeman L.P. Assumed strain stabilization of the eight node hexahedral element // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1993. Vol. 105. P. 225–260.

  13. Belytschko T., Lin J.I., Tsay C.S. Explicit algorithms for the nonlinear dynamics of shells // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1984. Vol. 43. P. 251–276.

  14. Abaqus User Manual: Abaqus Theory Guide. Version 6.14. — USA.: Dassault Systemes Simulia Corp., 2014.

  15. Zahedmanesh H., Kelly D., Lally C. Simulation of a balloon expandable stent in a realistic coronary artery. Determination of the optimum modeling strategy // Journal of Biomechanics. 2010. Vol. 43. P. 2126 — 2132.

  16. Vulovic S., Zivkovic M., Grujovic N. Contact Problems Based on the Penalty Method // Scientific Technical Review. 2008. Vol. 63. No.3-4. 2126 — 2132.

  17. Zhong Z.H. Contact Problems with Friction // Proceedings of Numiform. 1989. Vol. 89. P. 599–606.

  18. Auricchio F., Taylor R.L., Lubliner J. Shape-memory alloys: modelling and numerical simulations of the finite-strain superelastic behavior // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1997. Vol. 143. P. 175 — 194.

  19. Нуштаев Д.В., Жаворонок С.И. Расширение возможностей моделирования процессов деформирования сплавов с памятью формы // Труды международного форума «Инженерные системы». Москва, 15-16 апреля 2011, URL: http://www.tesis.com.ru/infocenter/downloads/abaqus/abaqus_es11_tes.pdf


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход