Устойчивость цилиндрических оболочек в жесткой среде

Инженерный журнал: наука и инновации

# 9·2017 1

УДК 539.3 DOI 10.18698/2308-6033-2017-9-1670

Устойчивость цилиндрических оболочек

в жесткой среде

ОАО НИАТ, Москва, 117587, Россия

Локальная устойчивость металлического лейнера при производстве и эксплуатации

металлокомпозитных баллонов давления относится к важным практическим зада-

чам. В настоящей работе рассмотрено деформирование тонкостенной цилиндриче-

ской оболочки (лейнера), ограниченной жесткой цилиндрической обоймой при прессо-

вом наружном нагружении. Основное внимание уделено учету начальных

несовершенств в виде технологических отклонений: местных вырезов и выступов на

лейнере и обойме, которые, в свою очередь, имеют правильные геометрические фор-

мы. Исследование проведено численно, использована трехмерная модель, где лейнер

и обойма смоделированы объемными конечными элементами. Данная модель позволя-

ет также учитывать кольцевые сварные швы в лейнере. Проанализировано механиче-

ское поведение лейнера по упругой и упругопластической схемам. Рассмотрены два

вида нагружения лейнера: нагрев лейнера в холодной обойме и опрессовка лейнера

охлаждаемой обоймой без теплового контакта. Численные результаты показали су-

щественную зависимость максимального критического давления на лейнере от вели-

чины технологических отклонений.

Ключевые слова:

устойчивость цилиндрических оболочек, оболочечные конструк-

ции, локальная потеря устойчивости, локальная внутренняя деформация, пласти-

ческое давление, начальные несовершенства конструкции, металлокомпозитные

баллоны, баллоны высокого давления, переменность толщины лейнера,

критиче-

ская нагрузка, конечно-элементное моделирование

Вопросам расчета на устойчивость оболочек всегда уделялось

большое внимание [1], так как оболочечные конструкции широко

представлены в авиационной и ракетно-космической технике, авто-

мобилестроении, гражданском строительстве. Существует целый ряд

конструкций, где тонкостенные оболочки помещены во внешнюю

ограничивающую среду, что при нагружении ведет к односторонне-

му их деформированию и внутреннему локальному изгибу (рис. 1) —

внутреннему выпучиванию. Для надежной работы подобных ограни-

ченных оболочек, например лейнеров в металлокомпозитных балло-

нах или трубопроводов, недопустима локальная потеря устойчиво-

сти. Поэтому в области расчета на устойчивость оболочек появилось

направление устойчивости колец и оболочек в первую очередь ци-

линдрических, окруженных жесткой или деформируемой средой.

Особенность таких задач состоит в том, что критическая нагрузка ло-

кальной потери устойчивости жестко ограниченных колец [2]

2,2

кр

0, 65

 

 

 

(1)