Влияние осевой силы на устойчивость стесненной цилиндрической оболочки
Авторы: Егоров А.В., Егоров В.Н.
Опубликовано в выпуске: #3(87)/2019
DOI: 10.18698/2308-6033-2019-3-1862
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Рассмотрена конструкция стесненной цилиндрической оболочки, представляющая собой двухслойный цилиндр, в котором внутренняя металлическая оболочка — лейнер контактирует по наружной лицевой поверхности с композитной оболочкой, выполненной намоткой ленты из углепластика. Под расчетную схему такой конструкции подпадают, в частности, металлокомпозитные цилиндрические баллоны высокого давления. При эксплуатации таких баллонов существует опасность отслоения лейнера от жесткой композитной оболочки, что относится к недопустимым дефектам. Деформирование лейнера в центральной части баллона происходит под воздействием внутреннего давления, приложенного к цилиндрической части и к днищам, от которых появляются осевые силы. Изучению влияния этих осевых сил на локальную потерю устойчивости лейнера в цилиндрической зоне баллона и посвящена настоящая работа. В модель деформирования конструкции заложены технологические отклонения, присущие реальным изделиям, и объемное напряженно-деформированное состояние, изменяемое в режиме реального времени. Расчеты выполнены в программном комплексе LS-DYNA в динамической постановке с применением объемных конечных элементов. Для заданного уровня давления определены моменты расслоения баллона и потери устойчивости лейнера. Проведено сравнение двух расчетных схем — с учетом и без учета осевой силы. Показана необходимость учета осевых сил
Литература
[1] Васильев В.В., Мороз Н.Г. Композитные баллоны давления. Проектирование, расчет, изготовление и испытания: справ. пособие. Москва, Машиностроение; Инновационное машиностроение, 2015, 373 с.
[2] Vasiliev V.V. Composite pressure vessels — Analysis, design and manufacturing. Blacksburg, Bull Ridge Publ., 2009, 704 p.
[3] Liu P.F., Chu J.K., Hou S.J., Xu P., Zheng J.Y. Numerical simulation and optimal design for composite high-pressure hydrogen storage vessel: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, no. 16, 1817.
[4] Rafiee R., Torabi M.A. Stochastic prediction of burst pressure in composite pressure vessels. Composite Structures, 2018, vol. 185, pp. 573–583. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.11.068
[5] Смердов А.А., Селезнев В.А., Соколов С.В., Смердов А.А., Логачева А.И., Тимофеев А.Н., Логачев А.В. Разработка высокоэффективных композитных баллонов давления с гранульным титановым лейнером для изделий ракетно-космической техники. Конструкции из композиционных материалов, 2015, № 2 (138), с. 15–22.
[6] Асюшкин А.В., Викуленков В.П., Лебедев К.Н., Лукьянец С.В., Мороз Н.Г. Создание высокоэффективного металлокомпозитного баллона высокого давления. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2015, № 1 (27), с. 19–27.
[7] Marzbanrad J., Paykani A., Afkar A., Ghajar M. Finite element analysis of composite high-pressure hydrogen storage vessels. J. Mater. Environ. Sci., 2013, 4 (1), pp. 63–74.
[8] Zheng J.Y., Liu X.X., Xu P., Liu P.F., Zhao Y.Z., Yang J. Development of high pressure gaseous hydrogen storage technologies. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, no. 37, 1048.
[9] Blanc-Vannet P. Burst pressure reduction of various thermoset composite pressure vessels after impact on the cylindrical part. Composite Structures, 2017, vol. 160, pp. 706–711. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.10.099
[10] Wu Q.G., Chen X.D., Fan Z.C., Nie D.F. Stress and damage analyses of composite overwrapped pressure vessel. Procedia Engineering, 2015, vol. 130, pp. 32–40. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.171
[11] Estrada C.F., Godoy L.A., Flores F.G. Buckling of Vertical Sandwich Cylinders Embedded in Soil. Thin Wall. Struct., 2012, no. 61, pp. 188–195. DOI: 10.1016/j.tws.2012.05.010
[12] Silveira R.A.M., Nogueira C.L., Gonzalves P.B. A numerical approach for equilibrium and stability analysis of slender arches and rings under contact constraints. International Journal of Solids and Structures, 2013, no. 50, pp. 147–159.
[13] El-Sawy K. Inelastic Stability of Liners of Cylindrical Conduits with Local Imperfection under External Pressure. Tunnel. Undergr. Sp. Tech., 2013, no. 33, pp. 98–110. DOI: 10.1016/j.tust.2012.09.004
[14] Vasilikis D., Karamanos S.A. Mechanics of Confined Thin-Walled Cylinders Subjected to External Pressure. Applied Mechanics Reviews. ASME, 2014, vol. 66, article number 010801.
[15] Егоров В.Н., Егоров А.В. Оценка допустимого давления опрессовки металлического лейнера при намотке композитной оболочки. Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, вып. 2. DOI: 10.18698/2308-6033-2019-2-1854
[16] Егоров А.В. Устойчивость цилиндрических оболочек в жесткой среде. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 9. DOI: 10.18698/2308- 6033-2017-9-1670