Инженерный журнал: наука и инновацииЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-53688 от 17 апреля 2013 г. ISSN 2308-6033. DOI 10.18698/2308-6033
  • Русский
  • Английский
Статья

Весовая эффективность анизогридных круговых цилиндрических оболочек при поперечном изгибе и внутреннем давлении

Опубликовано: 23.06.2025

Авторы: Железнов Л.П.

Опубликовано в выпуске: #6(162)/2025

DOI:

Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Изложены результаты исследований, полученные на основе разработанной автором методики, которая реализует метод конечных элементов для решения задач прочности и устойчивости подкрепленных цилиндрических оболочек, выполненных из композиционного материала, с учетом моментности и нелинейности их докритического напряженно-деформированного состояния. Геометрически нелинейная задача устойчивости решена методом конечных элементов с использованием линеаризации Ньютона — Канторовича. Критические нагрузки определялись в процессе решения нелинейной задачи на основе критерия Сильвестра. При решении задачи были использованы разработанные автором на основе гипотезы Тимошенко конечные элементы композитных цилиндрических оболочек естественной кривизны, в аппроксимации перемещений которых в явном виде выделены их жесткие перемещения, что положительно влияет на сходимость решения. Исследована устойчивость при поперечном изгибе с внутренним давлением анизогридной круговой цилиндрической оболочки. Выяснено влияние нелинейности деформирования, внутреннего давления, жесткости подкрепляющего набора, углов укладки подкреплений и толщины оболочки на критические нагрузки потери устойчивости оболочки и весовую эффективность применения композиционных материалов.

EDN IBNWWJ


Литература
[1] Васильев В.В. Механика конструкций из композитных материалов. Москва, Машиностроение, 1988, 272 с.
[2] Васильев В.В., Бунаков В.А. Проектирование сетчатых композитных цилиндрических оболочек, сжатых в осевом направлении. Механика конструкций из композиционных материалов, 2000, № 2, с. 68–77.
[3] Бурнышева Т.В. Разработка и применение методологии вычислительного эксперимента при расчете и диагностике анизогридных конструкций космических летательных аппаратов: дис. … д-ра техн. наук. Новосибирск, Новосибирский государственный технический университет, 2017, 451 с.
[4] Азаров А.В. Проблема проектирования аэрокосмических сетчатых композитных конструкций. Известия РАН. МТТ, 2018, № 4, с. 85–93.
[5] Ванин Г.А., Семенюк Н.П., Емельянов Р.Ф. Устойчивость оболочек из армированных материалов. Киев, Наукова Думка, 1978, 211 с.
[6] Кармишин А.В., Лясковец В.А., Мяченков В.И., Фролов А.Н. Статика и динамика оболочечных конструкций. Москва, Машиностроение, 1975, 376 с.
[7] Бакулин В.Н., Виноградов Ю.И. Аналитическое и асимптотическое решение краевых задач механики деформирования оболочек при сосредоточенном нагружении. Известия вузов. Авиационная техника. 2017, № 1, с. 14–20.
[8] Дмитриев В.Г., Бирюков В.И., Егорова О.В., Жаворонок С.И., Рабинский Л.Н. Нелинейное деформирование многослойных композитных оболочек вращения при больших перемещениях и углах поворота нормали. Известия вузов. Авиационная техника, 2017, № 2, с. 8–15.
[9] Гуреева Н.А., Клочков Ю.В., Николаев А.П. Расчет осесимметрично нагруженной оболочки вращения с учетом геометрической нелинейности на основе смешанного МКЭ. Известия вузов. Авиационная техника, 2014, № 3, с. 14–19.
[10] Железнов Л.П., Кабанов В.В. Исследование нелинейного деформирования и устойчивости некруговых цилиндрических оболочек при осевом сжатии и внутреннем давлении. СО РАН. ПМТФ, 2002, т. 43, № 4, с. 155–160.
[11] Бакулин В.Н. Послойное исследование напряженно-деформированного состояния трехслойных конических отсеков летательных аппаратов с прямоугольными в плане вырезами. Известия вузов. Авиационная техника, 2022, № 4, с. 37–43.
[12] Железнов Л.П. Программа для расчета на прочность и устойчивость подкрепленных некруговых цилиндрических оболочек. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2013615613 РФ. Зарегистрировано в реестре Роспатента 17.06.2013.
[13] Бойко Д.В., Железнов Л.П., Кабанов В.В. Нелинейное деформирование и устойчивость овальных цилиндрических оболочек при чистом изгибе с внутренним давлением. СО РАН. ПМТФ, 2006, т. 47, № 3, с. 119–125.
[14] Бойко Д.В., Железнов Л.П., Кабанов В.В. Исследование нелинейного деформирования и устойчивости овальных цилиндрических оболочек при комбинированном нагружении изгибающим и крутящим моментами. Известия вузов. Авиационная техника, 2007, № 3, с. 3–8.
[15] Бойко Д.В., Железнов Л.П., Кабанов В.В. Нелинейное деформирование и устойчивость дискретно-подкрепленных овальных цилиндрических композитных оболочек при поперечном изгибе и внутреннем давлении. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2014, № 6, с. 23–30.
[16] Бойко Д.В., Железнов Л.П., Кабанов В.В. Нелинейное деформирование и устойчивость дискретно-подкрепленных эллиптических цилиндрических композитных оболочек при кручении и внутреннем давлении. Известия вузов. Авиационная техника, 2018, № 2, с. 27–34.
[17] Постнов В.А., Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. Ленинград, Судостроение, 1974, 341 с.
[18] Канторович Л.В., Акилов Г.П. Функциональный анализ в нормированных пространствах. Москва, Физматгиз, 1959, 684 с.
[19] Уилкинсон Д., Райнш К. Справочник алгоритмов на языке Алгол. Линейная алгебра. Москва, Машиностроение, 1976, 390 с.
[20] Железнов Л.П. Исследование влияния порядка укладки монослоев на устойчивость композитной цилиндрической оболочки. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2022, № 1, с. 71–83.
[21] Олегин И.П., Максименко В.Н. Теоретические основы методов расчета прочности элементов конструкций из композитов. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2006, 240 с.
[22] Васильев В.В., Барынин В.А., Разин А.Ф., Петроковский С.А., Халиманович В.И. Анизогридные композитные сетчатые конструкции — разработка и приложение к космической технике. Композиты и наноструктуры, 2009, № 3, с. 38–50.
[23] Кабанов В.В. Устойчивость неоднородных цилиндрических оболочек. Москва, Машиностроение, 1982, 256 с.