ДЕФОРМУВАННЯ ПРУЖНИХ НЕОДНОРІДНИХ ОБОЛОНОК ПІД ДІЄЮ НЕСТАЦІОНАРНИХ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ В.К.
Заголовок (російською):
ДЕФОРМИРОВАНИЕ УПРУГИХ НЕОДНОРОДНЫХ ОБОЛОЧЕК ПОД ДЕЙСТВИЕМ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
Заголовок (англійською):
DEFORMATION OF ELASTIC INHOMOGENEOUS SHELLS UNDER THE ACTION OF NONSTATIONARY DYNAMICAL LOADS
Автор(и):
В.К. Чибіряков
О.П. Кривенко
А.Д. Легостаєв
Н.А. Гречух
Автор(и) (англ):
Chybiryakov V.K.
Krivenko O.P.
Legostaev A.D.
Grechukh N.A.
Ключові слова (укр):
тонка пружна оболонка, універсальний просторовий скінченний елемент, редукована модель, імпульсне навантаження
Ключові слова (рус):
тонкая упругая оболочка, универсальный пространственный конечный элемент, редуцирована модель, импульсная нагрузка
Ключові слова (англ):
thin elastic shell, universal solid finite element, model reduced, impulse load
Анотація (укр):
Запропоновано алгоритм дослідження нестаціонарних коливань оболонок неоднорідної структури при дії короткочасних динамічних навантажень. Методику побудовано на основі розробленої авторами скінченноелементної моделі тонкої пружної оболонки з різними геометричними особливостями за товщиною і створеної на її базі для задач динаміки редукованої моделі. Дано кількісне обґрунтування методу. Виконано порівняння розв’язків з теоретичними даними та результатами розрахунків, отриманими за програмним комплексом Scad.
Анотація (рус):
Предложен алгоритм исследования нестационарных колебаний оболочек неоднородной структуры при действии кратковременных динамических нагрузок. Методика построена на основе разработанной авторами конечноэлементной модели тонкой упругой оболочки с различными геометрическими особенностями по толщине и созданной на ее базе для задач динамики редуцированной модели. Дано количественное обоснование метода. Выполнено сравнение решений с теоретическими данными и результатами расчетов, полученными в программном комплексе Scad.
Анотація (англ):
An algorithm for investigating the nonstationary vibrations of shells with an inhomogeneous structure under the action of short-term dynamic loads is proposed. The technique is based on the finite element model of a thin elastic shell with various geometric features in terms of thickness and on the reduced model for dynamics problems created on its basis.
The method of investigation of elastic inhomogeneous shells is based on the relations of the 3-d theory of thermoelasticity and the use of the moment finite-element scheme. So, a thin shell is considered, by this method, as a three-dimensional body, which is modeled in thickness by one isoparametric solid finite element with multilinear shape functions. The features of the stress-strain state of a thin inhomogeneous shell are taken into account using two nonclassical hypotheses: that the normal stresses in the fibers are constant throughout the thickness of the shell and the nonclassical kinematic hypothesis of deformed straight line in the thickness direction.
The construction of the reduced finite-element model is performed by using the method of basis nodes. The application of the method of basis nodes made it possible to develop a simple and effective algorithm for studying nonstationary oscillations of inhomogeneous shells under the action of short-term dynamic loads. The use of a small number of basic nodes in the construction of a reduced shell model has provided the possibility of a transition from a coupled system of differential equations describing the motion of the system to a system of unbound equations, the solution of which is easily found in the well-developed Runge-Kutta numerical method.
The efficiency of the developed algorithm is demonstrated by the example of analysis the hinged beams of constant cross section on the action of various impulse loads. Convergence of solutions is investigated and a comparison with theoretical data and results of calculations obtained with the help of the software Scad is made. The conducted studies confirm the good convergence and rather high accuracy of the solution obtained according to the proposed method.
Публікатор:
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр):
Опір матеріалів і теорія споруд, 2017, номер 99
Назва журналу, номер, рік випуску (рус):
Сопротивление материалов и теория сооружений, 2017, номер 99
Назва журналу, номер, рік випуску (англ):
Strength of Materials and Theory of Structures, 2017, number 99
Мова статті:
Українська
Формат документа:
application/pdf
Документ:
Дата публікації:
25 Декабрь 2017
Номер збірника:
Університет автора:
Київский національний університет будівництва і архітектури Повітрофлотський просп., 31, м. Київ. 03680
Литература:
1. Баженов В.А., Кривенко О.П., Соловей М.О. Нелінійне деформування та стійкість пружних оболонок неоднорідної структури. – К.: ЗАТ «Віпол», 2010. – 316 с.2. Баженов В.А., Кривенко О.П., Соловей Н.А. Нелинейное деформирование и устойчивость упругих оболочек неоднородной структуры: Модели, методы, алгоритмы, малоизученные и новые задачи. – М.: Книжный дом «ЛИБРИКОМ», 2013. – 336 с.3. Gotsulyak E.A., Siyanov A.G. Stability and Nonlinear deformation of Cylindrical Grids // International Applied Mechanics, 2004. – Vol. 40, № 4. – Pp. 426-431.4. Голованов А.И., Тюленева О.Н., Шигабутдинов А.Ф. Метод конечных элементов в статике и динамике тонкостенных конструкций. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 392 с.5. Filatov G.V. Optimal Design of Shells Subjected to Impulsive Loading // International Applied Mechanics. – 2005. – Vol. 41, № 8. – Pp. 917-9236. Zarutskii V.A., Lugovoi P.Z., Meish V.F. Dynamic problems for and stress-strain state of inhomogeneous shell structures under stationary and nonstationary loads // International Applied Mechanic. – 2009. – Vol. 45, № 3. – Pp. 245-271.7. Баженов В.А., Кривенко О.П., Легостаєв А.Д. Стійкість і власні коливання неоднорідних оболонок з урахуванням напруженого стану // Опір матеріалів і теорія споруд: наук.-тех. збірн. – К.: КНУБА, 2015. – Вип. 95. – С.96-113.8. Чибіряков В.К., Легостаєв А.Д, Гречух Н.А., Яковенко О.О. Методика дослідження оболонок від дії нестаціонарних динамічних впливів з використанням редукованих моделей // Опір матеріалів і теорія споруд: наук.-тех. збірн. – К.: КНУБА, 2015. – Вип. 96. – С. 36-47.9. Кривенко О.П., Легостаєв А.Д., Гречух Н.А. Аналіз власних коливань оболонок неоднорідної структури з використанням редукованих скінченноелементних моделей // Опір матеріалів і теорія споруд: наук.-тех. збірн. – К.: КНУБА, 2017. – Вип. 98. – С. 72-88.10. Хайрнасов К.З. Моделирование поведения кольцевой пластинки при импульсном нагружении // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), Москва: "Горная книга", 2009. –№7. – С. 52-63.11. Идентификация нагрузок при импульсном деформировании тел. Монография. В 2-х частях. Часть 1 / Е.Г.Янютин, Д.И.Богдан, Н.И.Воропай, Г.А.Гнатенко, В.Т.Гришакин. – Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2010. – 180 с.12. Шульженко Н.Г., Гонтаровский П.П. Реакция оболочечных элементов космических аппаратов на импульсное воздействие // Авиационно-космическая техника и технология, 2013, № 9 (106) – С. 53-58.13. Бахтиева Л.У., Тазюков Ф.Х. Решение задачи устойчивости тонкой оболочки при импульсном нагружении // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. Науки. – 2014. – Том 156, книга 1. – С. 5–11.14. Чернобрывко М.В., Светличная С.Д., Комяк В.М. Моделирование динамических деформационных процессов в защитных контейнерах при детонационном воздействии // Проблеми надзвичайних ситуацій. – 2014. – Вип. 19. – С. 162-169.15. Лаврентьев М. А., Ишлинский А.Ю. Динамические формы потери устойчивости упругих систем // Докл. АН СССР. – 1949. – 64, №6. – С. 779–782.16. Справочник по динамике сооружений / Под ред. Б.Г.Коренева, И.М.Рабиновича. – М.: Стройиздат, 1972. – 511 с.17. Кислоокий В.Н., Легостаев А.Д. Реализация метода конечных элементов в задачах исследования свободных колебаний оболочек и пластин // Опір матеріалів і теорія споруд, – Київ: Будівельник, 1974. – Вип. 27. – С. 24-32.18. Баженов В.А., Кривенко О.П., Соловей М.О. Матриця мас модифікованого просторового скінченного елемента неоднорідної оболонки // Опір матеріалів і теорія споруд: наук.-тех. збірн. – К.: КНУБА, 2013. – Вип. 91. – C. 114-125.19. Баженов В.А., Ворона Ю.В. Будівельна механіка. Динаміка: Підручник. – К.: Каравела, 2014. – 288 с.20. Рабинович И.М., Синицын А.П., Лужин О.В., Теренин Б.М. Расчет сооружений на импульсивные воздействия. – М.: Из-во по строительству, 1970. – 303 с.21. ScadSoft: Свободно опертая балка с распределенной массой под действием равномерно распределенного мгновенного импульса (удар балки о неподвижные опоры) [Електроний ресурс]. – Режим доступу: http://scadsoft.com/tests_scad/index/test/68
References:
1. Bazhenov V.A., Kryvenko O.P., Solovei M.O. Neliniine deformuvannia ta stiikist pruzhnykh obolonok neodnoridnoi struktury (Nonlinear deformation and stability of elastic shells with inhomogeneous structure). – K.: ZAT «Vipol», 2010. – 316 s.2. Bazhenov V.A., Krivenko O.P., Solovey N.A. Nelineynoe deformirovanie i ustoychivost uprugih obolochek neodnorodnoy strukturyi: Modeli, metodyi, algoritmyi, maloizuchennyie i novyie zadachi (Nonlinear deformation and stability of elastic shells with inhomogeneous structures: Models, methods, algorithms, poorly-studied and new problems). – M.: Knizhnyiy dom «LIBRIKOM», 2013. – 336 s.3. Gotsulyak E.A., Siyanov A.G. Stability and Nonlinear deformation of Cylindrical Grids // International Applied Mechanics, 2004. – Vol. 40, № 4. – Pp. 426-431.4. Golovanov A.I., Tyuleneva O.N., Shigabutdinov A.F. Metod konechnyih elementov v statike i dinamike tonkostennyih konstruktsiy (Finite element method in statics and dynamics of thin-walled structures). – M.: FIZMATLIT, 2006. - 392 s.5. Filatov G.V. Optimal Design of Shells Subjected to Impulsive Loading // International Applied Mechanics. – 2005. – Vol. 41, № 8. – Pp. 917-9236. Zarutskii V.A., Lugovoi P.Z., Meish V.F. Dynamic problems for and stress-strain state of inhomogeneous shell structures under stationary and nonstationary loads // International Applied Mechanic. – 2009. – Vol. 45, № 3. – Pp. 245-271.7. Bazhenov V.A., Kryvenko O.P., Lehostaiev A.D. Stiikist i vlasni kolyvannia neodnoridnykh obolonok z urakhuvanniam napruzhenoho stanu (Stability and natural vibrations of inhomogeneous shells taking into account the stress state) // Opir materialiv i teoriia sporud: nauk.-tekh. zbirn. – K.: KNUBA, 2015. – Vyp. 95. – S.96-113.8. Chybiriakov V.K., Lehostaiev A.D, Hrechukh N.A., Yakovenko O.O. Metodyka doslidzhennia obolonok vid dii nestatsionarnykh dynamichnykh vplyviv z vykorystanniam redukovanykh modelei (The method of research the shells at the action of non-stationary dynamic loads using reduced models) // Opir materialiv i teoriia sporud: nauk.-tekh. zbirn. – K.: KNUBA, 2015. – Vyp. 96. – S. 36-47.9. Kryvenko O.P., Lehostaiev A.D., Hrechukh N.A. Analiz vlasnykh kolyvan obolonok neodnoridnoi struktury z vykorystanniam redukovanykh skinchennoelementnykh modelei (Analysis of natural vibrations of shells with inhomogeneous structure using reduced finite element models)// Opir materialiv i teoriia sporud: nauk.-tekh. zbirn. – K.: KNUBA, 2017. – Vyp. 98. – S. 72-88.10. Hayrnasov K.Z. Modelirovanie povedeniya koltsevoy plastinki pri impulsnom nagruzhenii (Simulation of the behavior of an annular plate under impulse loading) // Gornyiy informatsionno-analiticheskiy byulleten (nauchno-tehnicheskiy zhurnal), Moskva: "Gornaya kniga", 2009. – №7. – S. 52-63.11. Identifikatsiya nagruzok pri impulsnom deformirovanii tel. Monografiya. V 2-h chastyah. Chast 1 (Identification of loads during pulsed deformation of bodies. Monograph. in 2 parts. Part 1) / E.G.Yanyutin, D.I.Bogdan, N.I.Voropay, G.A.Gnatenko, V.T.Grishakin. – Harkov: Izd-vo HNADU, 2010. – 180 s.12. Shulzhenko N.G., Gontarovskiy P.P. Reaktsiya obolochechnyih elementov kosmicheskih apparatov na impulsnoe vozdeystvie (The reaction of the shell elements of space vehicles to the impulse action) // Aviatsionno-kosmicheskaya tehnika i tehnologiya, 2013, № 9 (106) – S. 53-58.13. Bahtieva L.U., Tazyukov F.H. Reshenie zadachi ustoychivosti tonkoy obolochki pri impulsnom nagruzhenii (Solution of the problem of stability of a thin shell under a pulsed loading) // Uchen. zap. Kazan. un-ta. Ser. Fiz.-matem. Nauki. – 2014. – Tom 156, kniga 1. – S. 5–11.14. Chernobryivko M.V., Svetlichnaya S.D., Komyak V.M. Modelirovanie dinamicheskih deformatsionnyih protsessov v zaschitnyih konteynerah pri detonatsionnom vozdeystvii (Modeling of dynamic deformation processes in protective containers under detonation action) // Problemi nadzvichaynih situatsIy. – 2014. – Vip. 19. – S. 162-169.15. Lavrentev M. A., Ishlinskiy A.Yu. Dinamicheskie formyi poteri ustoychivosti uprugih system (Dynamic forms of loss of stability of elastic systems) // Dokl. AN SSSR. – 1949. – 64, №6. – S. 779–782.16. Spravochnik po dinamike sooruzheniy (Handbook of the dynamics of structures) / Pod red. B.G.Koreneva, I.M.Rabinovicha. – M.: Stroyizdat, 1972. – 511 s.17. Kislookiy V.N., Legostaev A.D. Realizatsiya metoda konechnyih elementov v zadachah issledovaniya svobodnyih kolebaniy obolochek i plastin (Realization of the finite element method in problems of analysis free vibrations of shells and plates) // Opir materialiv i teoriia sporud, – Kyiv: Budivelnyk, 1974. – Vyp. 27. – S. 24-32.18. Bazhenov V.A., Kryvenko O.P., Solovei M.O. Matrytsia mas modyfikovanoho prostorovoho skinchennoho elementa neodnoridnoi obolonky (Mass matrix of the modified solid finite element for inhomogeneous shells) // Opir materialiv i teoriia sporud: nauk.-tekh. zbirn. – K.: KNUBA, 2013. – Vyp. 91. – C. 114-125.19. Bazhenov V.A., Vorona Yu.V. Budivelna mekhanika. Dynamika: Pidruchnyk (Structural mechanics. Dynamics. Textbook) – K.: Karavela, 2014. – 288 s.20. Rabinovich I.M., Sinitsyin A.P., Luzhin O.V., Terenin B.M. Raschet sooruzheniy na impulsivnyie vozdeystviya (Calculation of constructions at impulsive effects). – M.: Iz-vo po stroitelstvu, 1970. – 303 s.21. ScadSoft: Svobodno opertaya balka s raspredelennoy massoy pod deystviem ravnomerno raspredelennogo mgnovennogo impulsa (udar balki o nepodvizhnyie oporyi) (A simply supported beam with a distributed mass under the action of a uniformly distributed instantaneous pulse (impact of a beam on fixed supports) [Elektroniy resurs]. – Rezhim dostupu http://scadsoft.com/tests_scad/index/test/68