Численный анализ устойчивости при осевом сжатии вафельных цилиндрических оболочек из алюминиевых сплавов


Авторы

Анисимов С. А.

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, д. 34, г. Самара, Россия

e-mail: ser85@bk.ru

Аннотация

В работе даётся описание вычислительной модели, основанной на методе численного интегрирования и предназначенной для решения в линейной эйлеровой постановке задач устойчивости сжимаемых в осевом направлении вафельных цилиндрических оболочек. С принятием гипотезы «размазывания» указанные оболочки рассматриваются по схеме конструктивно-ортотропных оболочек, подчиняющихся гипотезам Кирхгофа-Лява. На основе тетраэдрального элемента (Tet10) в среде программного комплекса MSC Patran/Nastran строится также альтернативная конечно-элементная модель для решения тех же задач. Достоверность получаемых численных решений подтверждается хорошим согласованием результатов расчётов на основе отмеченной альтернативной вычислительной модели и имеющимся решением методом конечных разностей. Результаты проведённых расчётов на устойчивость при осевом сжатии образцов вафельных цилиндрических оболочек, изготовленных из алюминиевых сплавов, сравниваются с имеющимися экспериментальными данными.


Ключевые слова:

устойчивость при осевом сжатии, вафельная цилиндрическая оболочка, метод численного интегрирования, метод конечных элементов

Библиографический список

  1. Wang B., Tian K., Hao P., Zheng Y., Ma Y., Wang J. Numerical-based smeared stiffener method for global buckling analysis of grid-stiffened composite cylindrical shells // Composite Structures, 2016, no. 152, pp. 807-815. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.05.096

  2. Wang B., Du K., Hao P., Zhou C., Tian K., Xu S., Ma Y., Zhang X. Numerically and experimentally predicted knockdown factors for stiffened shells under axial compression // Thin-Walled Structures, 2016, no. 109, pp. 13-24. DOI: 10.1016/J.TWS.2016.09.008

  3. Wagner H.N.R., Huhne C., Niemann S., Tian K., Wang B., Hao P. Robust knockdown factors for the design of cylindrical shells under axial compression: Analysis and modeling of stiffened and unstiffened cylinders // Thin-Walled Structures, 2018, no. 127, pp. 629-645. DOI: 10.1016/j.tws.2018.01.041

  4. Tian K., Wang B., Hao P., Waas A.M. A high-fidelity approximate model for determining lower-bound buckling loads for stiffened shells // International Journal of Solids and Structures, 2018, no. 148-149, pp. 14–23. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2017.10.034

  5. Егоров И.А. Учёт пластических деформаций при проектировании отсеков вафельного типа // Труды МАИ. 2022. № 122. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=164103. DOI: 10.34759/trd-2022-122-04

  6. Малинин Г.В. Методики расчета ребристых пластин на прочность и устойчивость // Труды МАИ. 2021. № 121. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=162655. DOI: 10.34759/trd-2021-121-08

  7. Фирсанов В.В., Во А.Х. Исследование продольно подкрепленных цилиндрических оболочек под действием локальной нагрузки по уточненной теории // Труды МАИ. 2018. № 104. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=102130

  8. Петров И.И., Сердюк Д.О., Скопинцев П.Д. Фундаментальные решения для ортотропной цилиндрической оболочки // Труды МАИ. 2022. № 124. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=167066. DOI: 10.34759/trd-2022-124-11

  9. Кабанов В.В., Железнов Л.П. Вопросы прочности и долговечности элементов авиационных конструкций: межвузовский сборник трудов. - Куйбышев: КуАИ, 1990. С. 3-12.

  10. Юдин А.С., Пономарев С.Е., Юдин С.А. Устойчивость подкреплённых цилиндрических оболочек // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2002. № 1. С. 45-49.

  11. Петроковский С.А. Научно-технические разработки ОКБ-23-КБ «Салют». - М.: Воздушный транспорт, 2006. С. 204-240.

  12. Петроковский С.А. Научно-технические разработки КБ “Салют” 2012-2013 гг. - М.: Машиностроение, 2014. С. 90-97

  13. Hilburger M.W., Lovejoy A.E., Thornburgh R.P., Rankin C. Design and analysis of subscale and full-scale buckling-critical cylinders for launch vehicle technology development // AIAA Paper, 2012. DOI: 10.2514/6.2012-1865

  14. Hilburger M.W., Haynie W.T., Lovejoy A.E., Roberts M.G., Norris J.P., Waters W.A., Herring H.M. Subscale and full-scale testing of buckling-critical launch vehicle shell structures // AIAA Paper, 2012. URL: https://archive.org/details/NASA_NTRS_Archive_20120008177/page/n2/mode/1up

  15. Hilburger M.W., Waters W.A.J., Haynie W.T. Buckling Test Results from the 8-Foot-Diameter Orthogrid-Stiffened Cylinder Test Article TA01. [Test Dates: 19-21 November 2008] // NASA/TP-2015-218785, L-20490, NF1676L-20067 - 2015.

  16. Hilburger M.W., Waters W.A.J., Haynie W.T., Thornburgh R.P. Buckling Test Results and Preliminary Test and Analysis Correlation from the 8-Foot-Diameter Orthogrid-Stiffened Cylinder Test Article TA02 // NASA/TP-2017-219587, L-20801, NF1676L-26704. - 2017.

  17. Васюков Е.В., Владимиров С.А., Ежов С.А. и др. Сравнительный расчётно-экспериментальный анализ устойчивости при осевом сжатии цилиндрических оболочек с вафельным и спиральным типами оребрения // Космонавтика и ракетостроение. 2022. № 5 (128). С. 54-66.

  18. Кармишин А.В., Лясковец В.А., Мяченков В.И., Фролов А.Н. Статика и динамика тонкостенных оболочечных конструкций. – М.: Машиностроение, 1975. – 376 с.

  19. Годунов С.К. О численном решении краевых задач для систем обыкновенных линейных дифференциальных уравнений // Успехи математических наук. 1961. Т. XVI. Вып. 3. С. 171-174.

  20. Ланс Дж.Н. Численные методы для быстродействующих вычислительных машин. - М.: ИЛ, 1962. – 208 с.

  21. Сухинин С.Н. Прикладные задачи устойчивости многослойных композитных оболочек. - М.: Физматлит, 2010. – 248 с.

  22. Стёпкин В.И., Сухинин С.Н. Экспериментально-теоретическое исследование устойчивости вафельных оболочечных конструкций с учетом параметров анизотропии // Ракетно-космическая техника: Cер. 2. 1995. Вып. 1. С. 89-101.

  23. Hilburger M.W. Developing the next generation shell buckling design factors and technologies // Proceedings of the 53rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC structures, structural dynamics and materials conference, 2012. DOI: 10.2514/6.2012-1686


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2025

 Вход