CC BY
21Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
УДК 517.972
МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОРТОТРОПНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ
ПРИ ГИДРОСТАТИЧЕСКОМ ДАВЛЕНИИ*
А. П. Попова, Л. А. Бабкина
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: popovaannapavlovna@mail.ru
Численно и аналитически решена задача устойчивости композитной ортотропной цилиндрической оболочки, нагруженной гидростатическим давлением. Давление действует на боковую поверхность оболочки и на жесткие диски, прикрепленные к ее краям. Эти диски имитируют днища подводного аппарата с композитным цилиндрическим корпусом.
Ключевые слова: устойчивость, композитная ортотропная оболочка.
MODELING BUCKLING OF ORTHOTROPIC CYLINDRICAL SHELL UNDER HYDROSTATIC PRESSURE
A. P. Popova, L. A. Babkina
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: popovaannapavlovna@mail.ru
This article solves the task of computational investigation of buckling of orthotropic cylindrical shell loaded by external pressure. Pressure influences the lateral surface of the shell and to the attached hard drives. These discs simulate the bottom of an underwater vehicle with a composite cylindrical body.
Keywords: buckling, composite orthotropic shell.
Конструкции многих подводных аппаратов состоят из цилиндрической оболочки с прикрепленными по краям днищами различной формы. Соединение оболочки и днища осуществляется, как правило, с помощью шпангоута. При погружении подводного аппарата его внешняя поверхность подвергается воздействию гидростатического давления. Аналогичное воздействие аппарат испытывает при наземном тестировании, когда внутри него создается вакуум. Наиболее вероятным видом исчерпания несущей способности этой конструкции является потеря устойчивости цилиндрической части корпуса. При исследовании устойчивости цилиндрической оболочки, как отдельного структурного элемента, предполагается, что она
подвергается воздействию двух нагрузок. Одной из них является сжимающее равномерное давление, приложенное к внешней цилиндрической поверхности. Другая нагрузка представляет собой равномерное погонное сжимающее усилие, приложенное к краям оболочки. Это усилие статически эквивалентно давлению, действующему на днище подводного аппарата [1].
В работе численно и аналитически решена задача устойчивости композитной ортотропной цилиндрической оболочки, нагруженной гидростатическим давлением. Давление действует на боковую поверхность оболочки и на жесткие диски, прикрепленные к ее краям (рис. 1), которые имитируют днища подводного аппарата с композитным цилиндрическим корпусом [2-3].
Рис. 1. Расчетная схема нагружения гидростатическим давлением цилиндрической оболочки
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, уникальный идентификатор проекта ММЕП57517Х0144.
Решетневскуе чтения. 2017
\
Рис. 2. Конечно-элементная модель оболочки с кинематическими и статическими граничными условиями
Граничные условия в задаче учитывали перемещение жестких дисков навстречу друг другу при выпучивании оболочки. Конечно-элементная модель оболочки представлена на рис. 2.
Результаты параметрического анализа, учитывающего изменение угла армирования композиционного материала, показали максимальные значения критического гидростатического давления. Визуализация результатов представлена на рис. 3. Расхождение численного и аналитического результатов расчета составило менее 5 %.
Рис. 3. Первая форма потери устойчивости оболочки, нагруженной гидростатическим давлением
References
1. Ross CTF. A conceptual design of an underwater missile launcher// Ocean Engineering. 2005.Vol. 32. P. 85-99.
2. Vasiliev V. V. Mechanics of composite structures // Washington, DC : Taylor & Francis, 1993.
3. MSC Nastran. Quick reference guide's: MSC // Software Corporation, 2011.
© Попова А. П., Бабкина Л. А., 2017
