Петров Михаил Васильевич, Кибец Александр Иванович, Михайлов Борис Васильевич, Гоник Екатерина Григорьевна, Иванов Виктор Анатольевич Приближенный метод расчета на устойчивость тонкостенных цилиндрических оболочек средней длины, заполненных сыпучим материалом, при кручении // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2022. № 2(52). С. 10-18. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2022.52.2.002. EDN: JYAIGD.

Автор(ы)

Петров Михаил Васильевич — Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова

Кибец Александр Иванович — НИИ механики Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского

Михайлов Борис Васильевич — Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова

Гоник Екатерина Григорьевна — Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова

Иванов Виктор Анатольевич — Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова

Название статьи

Приближенный метод расчета на устойчивость тонкостенных цилиндрических оболочек средней длины, заполненных сыпучим материалом, при кручении

Название (англ.): Approximate method for calculating the stability of thin-walled cylindrical shells of medium length filled with bulk material during torsion

Индекс(ы) УДК

539.3

DOI

10.37972/chgpu.2022.52.2.002

EDN

JYAIGD

Ключевые слова

оболочка; устойчивость; эксперимент; расчет; методика; сыпучий материал; крутящий момент

Аннотация

В работе выполнено опытное исследование устойчивости цилиндрических оболочек, заполненных сыпучим материалом-железным порошком, при кручении и разработана методика оперативного приближенного расчета критического крутящего момента. Опыты показали, что устойчивость оболочек теряется в упругости. Построены линейные зависимости угла поворота поперечных сечений от крутящего момента, кроме оболочек, заполненных сыпучим материалом в начальный момент движения. Здесь получена нелинейная зависимость угла поворота сечений оболочки от крутящего момента за счет действия крутящего момента от сил трения между порошком и внутренней стенкой образца. Зависимость угла поворота от крутящего момента в обоих случаях параллельные, но для заполненных образцов зависимость была смещена на величину крутящего момента от сил трения. Что бы убедиться в правильности утверждения о влиянии силы трения на критический крутящий момент были выполнены опыты с обмазкой внутренней стенки образцов смазочным материалом. В этом случае критический крутящий момент для заполненных сыпучим материалом образцов, совпадал с критическим крутящим моментов для пустых образцов. Для расчета крутящего момента от сил трения использована методика расчёта силы давления сыпучей среды на стенку образца, которая умножалась на коэффициент трения и на радиус срединной поверхности образца. Критический крутящий момент, заполненных железным порошком образцов, определялся суммой критического крутящего момента для пустых образцов, рассчитанных по формуле Вольмира с крутящим моментом от сил трения. Полученные расчетом критические крутящие моменты сравнивались с опытными значениями. Получена удовлетворительная сходимость в пределах 16 %. Методика расчета рекомендована для оперативного расчёта критического крутящего момента, для заполненных сыпучим материалом оболочек, при кручении .

Даты

Поступила: 03.07.2022; Принята: 10.11.2022; Опубликована: 09.12.2022

Страницы

10-18

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. Зверева В. Н., Земляная Н. В., Земляной В. В., Бочаров С. В., Якушкина О. И., Кучерова Л. В., и др. Гидравлика, Учебно-методический комплекс. Дальневосточный федеральный университет. 2015, 277 с.
2. Вольмир А. С. Устойчивость деформируемых систем. - М.: Физматгиз, 1967. 984 с.
3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1964. 607с.
4. Петров М. В., Михайлов Б. В., Гоник Е. Г., Иванов В. А. Экспериментальное исследование потери устойчивости тонкостенных цилиндрических оболочек с сыпучим заполнителем при кручении // Современные вопросы механики 2021: Сборник статей по материалам III Международной сплошных сред конференции ( Чебоксары, 23-24 ноября 2021 г. ). С.71-78. EDN: GUPRMI
5. Ильюшин А. А., Огибалов П. М. Упругопластические деформации полых цилиндров. М.:МГУ, 1960. 227 с.
6. Моссаковский В. И., Маневич Л. И., Мильцын А. М. Моделирование несущей способности цилиндрических оболочек. Киев: Наукова Думка, 1977. 141 с.
7. Бойко Д. В., Железнов Л. П., Кабанов В. В. Исследование нелинейного деформирования и устойчивости некруговых цилиндрических оболочек при поперечном изгибе // Механика твердого тела, 2012. №2. С. 59-67. EDN: OYCCST
8. Бойко Д. В., Железнов Л. П., Кабанов В. В. Исследование нелинейного деформирования и устойчивости подкрепленных овальных цилиндрических оболочек при комбинированном нагружении изгибающим моментом и краевой поперечной силой // Механика твердого тела. 2012. № 3. С. 47-53. EDN: PAVAAX
9. Щербаков В. Т. Устойчивость цилиндрической оболочки при кручении в условиях ползучести //Ученые записки ЦАГИ. Т. 9. № 3. 1978. EDN: NCXFXN
10. Власов В. В. Устойчивость цилиндрических оболочек с заполнителем при осевом сжатии и внешнем давлении // Прикл.мех. 1973. Т. 9. № 1. С. 117-121.
11. Григолюк Э. И., Кабанов В. В. Устойчивость оболочек. М.: Наука, 1978. 360 с. EDN: BBAUVD
12. Иванов В. А. Исследования по теории оболочек с заполнителем. Диссертация д-ра физикоматематических наук. 1983. Казань. EDN: NPMUTZ
13. Зарипов Р. М., Иванов В. А. Приближенный расчет изгиба оболочки заполнителем // Механика деформируемых сред. № 2. 1977. C. 94-99.
14. Ильгамов М. А., Иванов В. А., Гулин Б. В. Расчет оболочек с упругим заполнителем. М.: Наука, 1987. 260 с. EDN: EIVDVC
15. Кабанов В. В., Железнов Л. П. Нелинейное деформирование и устойчивость круговой цилиндрической оболочки, заполненной жидкостью // Пространственные конструкции в Красноярском крае. Красноярск, 1989. C. 89-98.
16. Зубчанинов В. Г. Устойчивость и пластичность. В 2 т. Т. 1. Устойчивость. М.: Физматлит, 2007. 448 с.
17. Ильгамов М. А., Иванов В. А., Гулин В. Прочность, устойчивость и динамика оболочек с упругим заполнителем. М.: Наука, 1977. 331 с. EDN: LSLJMO
18. Сафиуллин Ф. Х. К изгибу цилиндрических оболочек с заполнителем при локальных нагрузках // Сб.: Исследования по теории оболочек. Тр.семинара КФТИ КФАН СССР. Казань, 1978. Вып. 10. С. 97-103.
19. Баженов В. Г., Гоник Е. Г., Кибец А. И., Петров М. В., Федорова Т. Г., Фролова И. А. Экспериментальное упругопластического и теоретическое исследование выпучивания цилиндрических оболочек, заполненных сыпучим материалом, под действием поперечной силы // Ученые записки Казанского университета. Серия-математические науки. 2017. Т. 159. С. 282-295. EDN: YLMCTF
20. Петров М. В., Федорова Т. Г., Михайлов Б. В., Гоник Е. Г., Пфаненштиль Н. Г. Влияние несовершенств геометрии тонкостенных цилиндрических оболочек, заполненных сыпучим материалом, на их устойчивость при изгибе В сборнике: Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции. Материалы IV Международной ( X Всероссийской ) конференции. 2018. С. 148-156. EDN: ZBLMKT
21. Баженов В. Г., Кибец А. И., Петров М. В., Шошин Д. В. Численный анализ деформирования, потери устойчивости и закритического поведения большегабаритных емкостей для автомобильной транспортировки сыпучих грузов// Проблемы прочности и пластичности. 2008. № 70. С. 89-97. EDN: KGBRZF
22. Cerik B. C., Shin H. K., Cho S. R. A comparative study on damage assessment of tubular members subjected to mass impact // Marine Structures. 2016. V.46. P. 1-29.  DOI: 10.1016/j.marstruc.2015.11.002
23. Dou Y., Liu Y. Computational investigation of lateral impact behavior of pressurized pipelines and influence of internal pressure // Thin-Walled Structures. 2015. V. 95. P. 40-47.  DOI: 10.1016/j.tws.2015.06.012
24. Houliara S., Karamanos S.A. Stability of long transversely isotropic elastic cylindrical shells under bending // International Journal of Solids and Structures 2010. V. 47. No 1 P. 10-24.  DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2009.09.004 EDN: MXVSXH
25. Arbocz J., Babcock Experimental investigation of the effect of generalimperfections on the buckling of cylindrical shells. NASA CR - 1163. 1968.
26. Chong J., Gao F. Y., Li X. H. Dynamic buckling behaviors of steel cylindrical shell subjected to conventional explosion impact loading // Advanced Materials Research. 2013. V.800. P. 196-200.  DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.800.196

1. Zvereva V.N., Zemlyanaya N.V., Zemlyanoi V.V., Bocharov S.V., Yakushkina O.I., Kucherova L.V., et al. Hydraulics: Educational and Methodological Complex. Far Eastern Federal University, 2015. 277 p. (In Russian).
2. Vol'mir A.S. Stability of Deformable Systems. Moscow, Fizmatgiz Publ., 1967. 984 p. (In Russian).
3. Bronshtein I.N., Semendyaev K.A. Handbook of Mathematics. Moscow, Nauka Publ., 1964. 607 p. (In Russian).
4. Petrov M.V., Mikhailov B.V., Gonik E.G., Ivanov V.A. Experimental study of the buckling of thin-walled cylindrical shells with granular filler under torsion. Modern Problems of Continuum Mechanics 2021: Proceedings of the 3rd International Conference, Cheboksary, November 23–24, 2021, pp. 71–78. EDN: GUPRMI. (In Russian).
5. Ilyushin A.A., Ogibalov P.M. Elastoplastic Deformations of Hollow Cylinders. Moscow, Moscow State University Publ., 1960. 227 p. (In Russian).
6. Mossakovskii V.I., Manevich L.I., Mil'tsyn A.M. Modeling the Load-Bearing Capacity of Cylindrical Shells. Kyiv, Naukova Dumka Publ., 1977. 141 p. (In Russian).
7. Boiko D.V., Zheleznov L.P., Kabanov V.V. Study of nonlinear deformation and stability of noncircular cylindrical shells under transverse bending. Mekhanika Tverdogo Tela, 2012, no. 2, pp. 59–67. EDN: OYCCST. (In Russian).
8. Boiko D.V., Zheleznov L.P., Kabanov V.V. Study of nonlinear deformation and stability of reinforced oval cylindrical shells under combined loading by a bending moment and an edge transverse force. Mekhanika Tverdogo Tela, 2012, no. 3, pp. 47–53. EDN: PAVAAX. (In Russian).
9. Shcherbakov V.T. Stability of a cylindrical shell under torsion under creep conditions. Uchenye Zapiski TsAGI, 1978, vol. 9, no. 3. EDN: NCXFXN. (In Russian).
10. Vlasov V.V. Stability of cylindrical shells with filler under axial compression and external pressure. Prikladnaya Mekhanika, 1973, vol. 9, no. 1, pp. 117–121. (In Russian).
11. Grigolyuk E.I., Kabanov V.V. Stability of Shells. Moscow, Nauka Publ., 1978. 360 p. EDN: BBAUVD. (In Russian).
12. Ivanov V.A. Studies in the Theory of Shells with Filler. Doctoral Dissertation in Physical and Mathematical Sciences. Kazan, 1983. EDN: NPMUTZ. (In Russian).
13. Zaripov R.M., Ivanov V.A. Approximate calculation of the bending of a shell with filler. Mekhanika Deformiruemykh Sred, 1977, no. 2, pp. 94–99. (In Russian).
14. Il'gamov M.A., Ivanov V.A., Gulin B.V. Analysis of Shells with Elastic Filler. Moscow, Nauka Publ., 1987. 260 p. EDN: EIVDVC. (In Russian).
15. Kabanov V.V., Zheleznov L.P. Nonlinear deformation and stability of a circular cylindrical shell filled with liquid. Prostranstvennye Konstruktsii v Krasnoyarskom Krae. Krasnoyarsk, 1989, pp. 89–98. (In Russian).
16. Zubchaninov V.G. Stability and Plasticity. In 2 Vols. Vol. 1: Stability. Moscow, Fizmatlit Publ., 2007. 448 p. (In Russian).
17. Il'gamov M.A., Ivanov V.A., Gulin V. Strength, Stability, and Dynamics of Shells with Elastic Filler. Moscow, Nauka Publ., 1977. 331 p. EDN: LSLJMO. (In Russian).
18. Safiullin F.Kh. On the bending of cylindrical shells with filler under local loads. Studies in the Theory of Shells: Proceedings of the Seminar of the Kazan Institute of Physics and Technology, Kazan Branch of the Academy of Sciences of the USSR. Kazan, 1978, issue 10, pp. 97–103. (In Russian).
19. Bazhenov V.G., Gonik E.G., Kibets A.I., Petrov M.V., Fedorova T.G., Frolova I.A. Experimental and theoretical study of elastoplastic buckling of cylindrical shells filled with granular material under a transverse force. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya: Matematicheskie Nauki, 2017, vol. 159, pp. 282–295. EDN: YLMCTF. (In Russian).
20. Petrov M.V., Fedorova T.G., Mikhailov B.V., Gonik E.G., Pfanenshtil' N.G. Influence of geometric imperfections of thin-walled cylindrical shells filled with granular material on their stability under bending. New Developments in Architecture, Structural Design, and Reconstruction: Proceedings of the 4th International and 10th All-Russian Conference, 2018, pp. 148–156. EDN: ZBLMKT. (In Russian).
21. Bazhenov V.G., Kibets A.I., Petrov M.V., Shoshin D.V. Numerical analysis of deformation, buckling, and postbuckling behavior of large-capacity containers for road transportation of bulk cargo. Problemy Prochnosti i Plastichnosti, 2008, no. 70, pp. 89–97. EDN: KGBRZF. (In Russian).
22. Cerik B.C., Shin H.K., Cho S.R. A comparative study on damage assessment of tubular members subjected to mass impact. Marine Structures, 2016, vol. 46, pp. 1–29. DOI: 10.1016/j.marstruc.2015.11.002.
23. Dou Y., Liu Y. Computational investigation of lateral impact behavior of pressurized pipelines and influence of internal pressure. Thin-Walled Structures, 2015, vol. 95, pp. 40–47. DOI: 10.1016/j.tws.2015.06.012.
24. Houliara S., Karamanos S.A. Stability of long transversely isotropic elastic cylindrical shells under bending. International Journal of Solids and Structures, 2010, vol. 47, no. 1, pp. 10–24. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2009.09.004. EDN: MXVSXH.
25. Arbocz J., Babcock. Experimental investigation of the effect of general imperfections on the buckling of cylindrical shells. NASA Contractor Report 1163, 1968.
26. Chong J., Gao F.Y., Li X.H. Dynamic buckling behaviors of a steel cylindrical shell subjected to conventional explosion impact loading. Advanced Materials Research, 2013, vol. 800, pp. 196–200. DOI: 10.4028/[www.scientific.net/AMR.800.196](http://www.scientific.net/AMR.800.196).

Авторские права и лицензия

© 2022 Автор(ы). Статья публикуется в открытом доступе на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» 4.0 Всемирная (CC BY 4.0), которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего указания авторства. Авторские права на статью сохраняются за авторами.