Устойчивость нагретого кольца в жесткой обойме

Задачу расчета на устойчивость металлических колец, ограниченных внешней жесткой средой и сжимаемых прессовым давлением, предложено решать как контактную задачу деформирования составного твердого тела с односторонней связью. В основу данного метода положены: технологические отклонения, свойственные реальным конструкциям, пространственное напряженно-деформированное состояние, режим реального времени. По изменению напряженно-деформированного состояния кольца визуально и количественно определен момент локальной потери устойчивости кольца. Метод реализован в программном комплексе LS-DYNA в динамической постановке с применением объемных конечных элементов. Для учета больших перемещений и пластических деформаций кольца расчеты выполнены в геометрически и физически нелинейной постановке. Внешнее прессовое нагружение кольца задано его нагревом внутри жесткой ограничивающей среды (обоймы), которая считается теплоизолированной. Задача теплопроводности не решается. Проведены расчеты на устойчивость тонкого стального кольца при двух видах технологических отклонений, связанных с местным изменением толщины кольца и обоймы на разных длинах. Показано соответствующее различие в стадии начального деформирования кольца и последующего формирования выпучины (лепестка). Приведены картины полей деформаций кольца и обоймы, из которых визуально установлен момент потери устойчивости кольца. Построены графики изменения напряжений, деформаций и перемещений в локальной зоне расслоения, по которым количественно найден момент потери устойчивости кольца. Качественная и количественная оценки устойчивости кольца совпали

Литература

[1] Феодосьев В.И. Избранные задачи и вопросы по сопротивлению материалов. М., Наука, 1973.

[2] Glock D. Uberkritisches Verhalten eines Starr Ummantelten Kreisrohres bei Wasserdrunck von Aussen und Temperaturerhohung. Der Stahlbau, 1977, bb. 46, N 7, ss. 212--217.

[3] Sun C., Shaw W.J.D., Vinogradov A.M. Instability of confined rings: an experimental approach. Exper. Mech., 1995, vol. 35, no. 2, pp. 97--103. DOI: 10.1007/BF02326466

[4] 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

[5] Vasilikis D., Karamanos S.A. Buckling design of confined steel cylinders under external pressure. J. Pressure Vessel Technol., 2010, vol. 133, no. 1, pp. 331--341. DOI: 10.1115/1.4002540

[6] Bradford M.A., Roufegarinejad A. Elastic local buckling of thin-walled elliptical tubes containing elastic infill material. IMMIJ, 2007, vol. 1, no. 1, pp. 143--156.

[7] 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. Int. J. Solids Struct., 2013, vol. 50, no. 1, pp. 147--159. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.09.015

[8] 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

[9] Vasilikis D., Karamanos S.A. Mechanics of confined thin-walled cylinders subjected to external pressure. Appl. Mech. Rev., 2014, vol. 66, no. 1, art. 010801. DOI: 10.1115/1.4024165

[10] Васильев В.В., Мороз Н.Г. Композитные баллоны давления. Проектирование, расчет, изготовление и испытания. М., Машиностроение, Инновационное машиностроение, 2015.

[11] 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