Устойчивость стальных конических панелей, усиленных ребрами жесткости

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Конические оболочки и их панели являются важными элементами строительных конструкций, однако изучены еще недостаточно. В работе представлено исследование устойчивости стальных усеченных конических панелей, подкрепленных ортогональной сеткой ребер жесткости. Конструкции закреплены шарнирно-неподвижно и находятся под действием внешней равномерно распределенной поперечной нагрузки, действующей по нормали к поверхности. Используется геометрически нелинейная математическая модель, учитывающая поперечные сдвиги. Учет ребер жесткости рассматривается в двух вариантах: по уточненному дискретному методу и методу конструктивной анизотропии (жесткость ребер «размазывается»). Расчетный алгоритм основан на методе Ритца и методе продолжения решения по наилучшему параметру. Программная реализация выполнена в среде аналитических вычислений Maple. Для двух вариантов конических панелей получены значения критических нагрузок потери устойчивости при разных вариантах подкрепления ребрами жесткости. Показаны графики зависимостей «нагрузка - прогиб». Сделаны выводы о сходимости методов учета ребер жесткости при увеличении числа подкрепляющих элементов. Выявлено, что для конических панелей при выборе в аппроксимации малого числа неизвестных коэффициентов возможно «проскакивание» значения критической нагрузки и необходимо выбирать большее число неизвестных по сравнению с цилиндрическими панелями или пологими оболочками двоякой кривизны.

Об авторах

Алексей Александрович Семенов

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: sw.semenov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9490-7364

кандидат технических наук, доцент кафедры информационных систем и технологий

Санкт-Петербург, Российская Федерация

Лидия Никитовна Кондратьева

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Email: kondratjevaln@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6174-5565

доктор технических наук, профессор кафедры геотехники

Санкт-Петербург, Российская Федерация

Владимир Николаевич Глухих

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Email: vnglukhikh@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9912-506X

доктор технических наук, профессор кафедры строительной механики

Санкт-Петербург, Российская Федерация

Список литературы

  1. Krivoshapko S.N. Shell structures and shells at the beginning of the 21st century // Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2021. Vol. 17. No. 6. P. 553–561. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2021-17-6-553-
  2. Сысоева Е.В., Трушин С.И. История проектирования и строительства цирков России // Строительство и реконструкция. 2017. № 2 (70). С. 95–102. EDN: ZAGQEN
  3. Ren D., Qu Y., Yang L. The Analysis of Wind Vibration Coefficient of Long-Span Dome Structures with Different Thickness // Earth and Space. American Society of Civil Engineers. 2012. P. 1196–1204. https://doi.org/10.1061/9780 784412190.130
  4. Razov I., Sokolov V., Dmitriev A., Ogorodnova J. Parametric vibrations of the underground oil pipeline // E3S Web of Conferences. 2022. Vol. 363. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202236301038
  5. Karpov V., Kondratyeva L. Justification of Using Delta-Functions in the Theory of Shells Featuring Irregularities // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 725–726. P. 796–801. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.725-726.796
  6. Мануйлов Г.А., Косицын С.Б., Бегичев М.М. О явлении потери устойчивости продольно сжатой круговой цилиндрической оболочки. Часть 1: О послекритическом равновесии оболочки // Международный журнал по рас- чету гражданских и строительных конструкций. 2016. Т. 12. № 3. С. 58–72. https://doi.org/10.22337/1524-5845-201612-3-58-72
  7. Гелюх П.А., Пашков А.В., Иванов С.А. Численное исследование устойчивости пологой ребристой цилиндрической оболочки с применением вариационно-разностного подхода // Естественные и технические науки. 2021. № 6 (157). С. 187–195. https://doi.org/10.25633/ETN.2021.06.11
  8. Waqas H.M., Shi D., Khan S.Z., Helal M., Fathallah E. Analytical modeling of cross-ply cylindrical composite submersible shell with elastic buckling using first order shear deformation theory // Frontiers in Materials. 2022. Vol. 9. https://doi.org/10.3389/fmats.2022.1004752.
  9. Taraghi P., Showkati H. Investigation of the Buckling Behavior of Thin-Walled Conical Steel Shells Subjected to a Uniform External Pressure // Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering. 2019. Vol. 43. No. 4. P. 635–648. https://doi.org/10.1007/s40996-018-0213-1
  10. Zarei M., Rahimi G.H., Hemmatnezhad M., Pellicano F. On the buckling load estimation of grid-stiffened composite conical shells using vibration correlation technique // European Journal of Mechanics — A/Solids. 2022. Vol. 96. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2022.104667
  11. Salmanizadeh A., Kiani Y., Eslami M.R. Vibrations of functionally graded material conical panel subjected to instantaneous thermal shock using Chebyshev-Ritz route // Engineering Analysis with Boundary Elements. 2022. Vol. 144. P. 422–432. https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2022.08.040
  12. Sofiyev A.H. Review of research on the vibration and buckling of the FGM conical shells // Composite Structures. 2019. Vol. 211. P. 301–317. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.12.047
  13. Бакулин В.Н. Модель для уточненного расчета напряженно-деформированного состояния трехслойных конических нерегулярных оболочек вращения // Прикладная математика и механика. 2019. Т. 83. № 2. С. 282–294. https://doi.org/10.1134/S0032823519020036
  14. Cho S.-R., Muttaqie T., Do Q.T., Park S.H., Kim S.M., So H.Y., Sohn J.M. Experimental study on ultimate strength of steel-welded ring-stiffened conical shell under external hydrostatic pressure // Marine Structures. 2019. Vol. 67. https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2019.102634
  15. Dung D.V., Chan D.Q. Analytical investigation on mechanical buckling of FGM truncated conical shells reinforced by orthogonal stiffeners based on FSDT // Composite Structures. 2017. Vol. 159. P. 827–841. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.10.006
  16. Karasev A.G. Initial imperfection influence on the buckling load of closed elastic isotropic shallow conical shells // Mathematics and Mechanics of Solids. 2016. Vol. 21. No. 4. P. 444–453. https://doi.org/10.1177/1081286514526082
  17. Gupta A.K., Patel B.P., Nath Y. Progressive damage of laminated cylindrical/conical panels under meridional compression // European Journal of Mechanics — A/Solids. 2015. Vol. 53. P. 329–341. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2015.05.013
  18. Shadmehri F., Hoa S.V., Hojjati M. Buckling of conical composite shells // Composite Structures. 2012. Vol. 94. No. 2. P. 787–792. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2011.09.016
  19. Lavrenčič M., Brank B. Simulation of shell buckling by implicit dynamics and numerically dissipative schemes // Thin-Walled Structures. 2018. Vol. 132. P. 682–699. https://doi.org/10.1016/j.tws.2018.08.010
  20. Бакулин В.Н., Недбай А.Я. Динамическая устойчивость трехслойной цилиндрической оболочки, подкрепленной кольцевыми ребрами и пустотелым цилиндром, при действии внешнего пульсирующего давления // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2021. Т. 498. № 1. С. 46–52. https://doi.org/10.31857/S2686740021030056
  21. Медведский А.Л., Мартиросов М.И., Хомченко А.В. Динамика подкреплённой композитной панели со смешанной укладкой монослоёв с внутренними повреждениями при нестационарных воздействиях // Вестник Брянского государственного технического университета. 2019. № 7(80). С. 35–44. https://doi.org/10.30987/article_5d2d9231dd5853.89951988
  22. Латифов Ф.С., Юсифов М.З., Ализаде Н.И. Свободные колебания подкрепленных поперечными ребрами неоднородных ортотропных цилиндрических оболочек, заполненных жидкостью // Прикладная механика и техническая физика. 2020. Т. 61. № 3(361). С. 198–206. https://doi.org/10.15372/PMTF20200321
  23. Кусяков А.Ш. Вероятностный анализ подкрепленных цилиндрических оболочек из композитного материала // Проблемы механики и управления: нелинейные динамические системы. 2021. № 53. С. 16–25. EDN: DSTTWV
  24. Дудченко А.А., Сергеев В.Н. Нелинейные уравнения равновесия конической оболочки, подкрепленной дискретным набором шпангоутов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2017. № 2. С. 78–98. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2017.2.05
  25. Семенов А.А. Уточненный дискретный метод расчета подкрепленных ортотропных оболочек // Вестник ПНИПУ. Механика. 2022. № 4. С. 90–102. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2022.4.09
  26. Семенов А.А., Леонов С.С. Метод непрерывного продолжения решения по наилучшему параметру при расчете оболочечных конструкций // Ученые записки Казанского университета. Серия: Физико-математические науки. 2019. Т. 161. № 2. С. 230–249. https://doi.org/10.26907/2541-7746.2019.2.230-249

© Семенов А.А., Кондратьева Л.Н., Глухих В.Н., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах