Издаётся с сентября 1923 года
DOI: 10.33622/0869-7019
Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science


  • СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
  • Устойчивость ортотропных пологих оболочек двоякой кривизны с учетом ослаблений
  • УДК 627.074.43+539.3+69.04
    doi: 10.33622/0869-7019.2025.03.37-42
    Николай Александрович МИШУРЕНКО, старший преподаватель, аспирант, nikolai8421@mail.ru
    Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (СПбГАСУ), 190005 Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, 4
    Аннотация. Рассмотрено влияние сквозных вырезов на устойчивость пологих оболочек двоякой кривизны, шарнирно-неподвижно закрепленных по контуру и выполненных из ортотропных материалов. Для описания процесса деформирования оболочек применена математическая модель типа Тимошенко-Рейсснера, которая учитывает геометрическую нелинейность, поперечные сдвиги и ортотропию материала. Использован дискретный метод В. В. Карпова для учета вырезов: расположение вырезов задавали единичными столбчатыми функциями. Математическая модель представлена в виде разности функционалов полной потенциальной энергии деформации обшивки оболочки и областей вырезов. Методом Ритца задача о поиске минимума разности функционалов сводится к решению системы нелинейных алгебраических уравнений методом Ньютона. По результатам вычислительных экспериментов установлено, что для рассмотренных конструкций при уменьшении вырезами объема оболочки на 4 % критическая сила, как правило, уменьшается на 12-27 %.
    Ключевые слова: оболочки, ослабления, вырезы, устойчивость, ортотропия, критическая сила
  • CПИСОК ИСТОЧНИКОВ
    1. Krivoshapko S. N., Christian A. B. H., Mathieu G. Stages and architectural styles in design and building of shells and shell structures [Этапы и архитектурные стили в проектировании и строительстве оболочек и оболочечных конструкций]. Building and Reconstruction, 2022, no. 4(102), pp. 112-131. doi: 10.33979/2073-7416-2022-102-4-112-131
    2. Серёгин С. В. Влияние асимметричных начальных несовершенств формы на свободные колебания тонких оболочек // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2016. Т. 15. № 3. С. 209-222. doi: 10.18287/2541-7533-2016-15-3-209-222
    3. Разов И. О. Колебания тороидальной оболочки-трубопровода в грунте с учетом продольной сжимающей силы и температуры // Промышленное и гражданское строительство. 2024. № 11. С. 63-71. doi: 10.33622/0869-7019.2024.11.63-71
    4. Lakhdari A. A., Seddak A., Bubnov S. A. et al. Finite element modeling of the behavior of a hollow cylinder in a hydrogen-containing environment [Конечно-элементное моделирование поведения полого цилиндра в водородсодержащей среде]. Frattura Ed Integrita Strutturale, 2020, vol. 14, no. 51, pp. 236-253. doi: 10.3221/IGF-ESIS.51.19
    5. Treshchev A. A., Kuznetsova V. O. Study of the influence of the kinetics of hydrogen saturation on the stress-deformed state of a spherical shell made from titanium alloy [Исследование воздействия кинетики наводороживания на напряженно-деформированное состояние сферической оболочки из титанового сплава]. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 2022, vol. 18, no. 2, pp. 121-130. doi: 10.22337/2587-9618-2022-18-2-121-130
    6. Karpov V. V., Kobelev E. A., Maslennikov A. M., Panin A. N. Ritz method in the discrete approximation of displacements for slab calculation [Метод Ритца при дискретной аппроксимации перемещений для расчета плит]. Architecture and Engineering, 2023, vol. 8, no. 4, pp. 57-67. doi: 10.23968/2500-0055-2023-8-4-57-67
    7. Семенов А. А. Моделирование деформирования тонкостенных оболочечных конструкций при динамических воздействиях различного вида // Вестник гражданских инженеров. 2024. № 5(106). С. 41-48. doi: 10.23968/1999-5571-2024-21-5-41-48
    8. Разов И. О., Соколов В. Г., Дмитриев А. В. Определение частот свободных колебаний для подземного нефтепровода большого диаметра с учетом влияния демпфера // Вестник гражданских инженеров. 2022. № 3(92). С. 53-61. doi: 10.23968/1999-5571-2022-19-3-53-61
    9. Karpov V., Kobelev E. Analysis of efficiency of three-layer wall panels with a discrete core [Анализ эффективности трехслойных стеновых панелей с дискретным внутренним слоем]. Architecture and Engineering, 2022, vol. 7, no. 1, pp. 16-22. doi: 10.23968/2500-0055-2022-7-1-16-22
    10. Цепенников М. В., Повышев И. А., Сметанников О. Ю. Верификация численной методики расчета разрушения конструкций из композиционных материалов // Вестник ПНИПУ. Прикладная математика и механика. 2012. № 10. С. 225-241.
    11. Смердов А. А., Буянов И. А., Чуднов И. В. Анализ оптимальных сочетаний требований к разрабатываемым углепластикам для крупногабаритных ракетно-космических конструкций // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2012. № 8. С. 70-77.
    12. Pappas G. A., Schlothauer A., Ermanni P. Bending failure analysis and modeling of thin fiber reinforced shells [Анализ и моделирование разрушения при изгибе тонковолокнистых оболочек]. Composites Science and Technology, 2021, vol. 216, pp. 108979. doi: 10.1016/j.compscitech.2021.108979
    13. Хайруллин Ф. С., Сахбиев О. М. Расчет ортотропных конструкций вариационным методом на основе трехмерных функций с конечными носителями // Вестник ПНИПУ. Механика. 2017. № 2. С. 195-207. doi: 10.15593/perm.mech/2017.2.11
    14. Мишуренко Н. А., Семенов А. А. Устойчивость пологих оболочек двоякой кривизны с учетом наличия дискретно вводимых ослаблений // Известия КГАСУ. 2023. № 3(65). С. 6-17. doi: 10.52409/20731523_2023_3_6
    15. Ritchie D., Rhodes J. Buckling and post-buckling behaviour of plates with holes [Поведение пластин с отверстиями при потере устойчивости и после потери устойчивости]. Aeronautical Quarterly, 1975, vol. 26, no. 4, pp. 281-296. doi: 10.1017/S0001925900007435
    16. Hao P., Wang B., Tian K. et al. Simultaneous buckling design of stiffened shells with multiple cutouts [Проектирование одновременного выпучивания усиленных оболочек с несколькими вырезами]. Engineering Optimization, 2017, vol. 49, no. 70007, pp. 1116-1132. doi: 10.1080/0305215X.2016.1235328
    17. Levyakov S. V. Asymmetric thermal buckling of imperfect FGM circular plates with rotationally restrained edge [Асимметричное термическое выпучивание несовершенных круглых пластин FGM с вращательно-ограниченным краем]. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2020, vol. 20, no. 12, pp. 2050127. doi: 10.1142/S0219455420501278
    18. Keshav V., Patel S. N., Kumar R., Watts G. Effect of cutout on the stability and failure of laminated composite cylindrical panels subjected to in-plane pulse loads [Влияние выреза на устойчивость и разрушение ламинированных композитных цилиндрических панелей, подверженных импульсным нагрузкам в плоскости]. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2022, vol. 22, no. 08, pp. 2250087. doi: 10.1142/S0219455422500870
    19. Awrejcewicz J., Kurpa L., Mazur O. Dynamical instability of laminated plates with external cutout [Динамическая неустойчивость ламинированных пластин с внешним вырезом]. International Journal of Non-Linear Mechanics, 2016, vol. 81, pp. 103-114. doi: 10.1016/j.ijnonlinmec.2016.01.002
    20. Silveira T., Pinto V., Neufeld J. P. et al. Applicability evidence of constructal design in structural engineering: case study of biaxial elasto-plastic buckling of эsquare steel plates with elliptical cutout [Доказательства применимости конструктивного проектирования в строительной технике: исследование случая двухосного упругопластического выпучивания квадратных стальных пластин с эллиптическим вырезом]. Journal of Applied and Computational Mechanics, 2021, vol. 7, no. 2, pp. 922-934. doi: 10.22055/jacm.2021.35385.2647
    21. Dewangan H. C., Panda S. K., Hirwani C. K. Numerical deflection and stress prediction of cutout borne damaged composite flat/curved panel structure [Численное прогнозирование прогиба и напряжения в поврежденной композитной плоской/изогнутой панельной конструкции, вызванной вырезом]. Structures, 2021, vol. 31, pp. 660-670. doi: 10.1016/j.istruc.2021.02.016
    22. Dewangan H. C., Sharma N., Panda S. K. Thermomechanical loading and cut-out effect on static and dynamic responses of multilayered structure with TD properties [Влияние термомеханической нагрузки и вырезания на статические и динамические характеристики многослойной конструкции со свойствами TD]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2022, vol. 236, no. 16, pp. 9081-9094. doi: 10.1177/09544062221089153
    23. Каменев И. В., Черных А. Г., Попов В. М., Белов В. В. Устойчивость шарнирно-подвижно опертых перфорированных оболочек // Вестник гражданских инженеров. 2021. № 5(88). С. 40-48. doi: 10.23968/1999-5571-2021-18-5-40-48
    24. Петров В. В. Расчет неоднородных по толщине оболочек с учетом физической и геометрической нелинейностей // Academia. Архитектура и строительство. 2016. № 1. С. 112-117.
    25. Карпов В. В. Прочность и устойчивость подкрепленных оболочек вращения. В 2 ч. Ч. 1. Модели и алгоритмы исследования прочности и устойчивости подкрепленных оболочек вращения. М. : Физматлит, 2010. 288 с.
    26. Karpov V. V. Models of the shells having ribs, reinforcement plates and cutouts [Модели оболочек с ребрами, усилительными пластинами и вырезами]. International Journal of Solids and Structures, 2018, vol. 146, pp. 117-135. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2018.03.024
    27. Mishurenko N., Semenov A. Influence of discretely introduced cutouts on the buckling of shallow shells with double curvature [Влияние дискретно введенных вырезов на устойчивость пологих оболочек с двойной кривизной]. Journal of Applied and Computational Mechanics, 2024, vol. 10, no. 1, pp. 55-63. doi: 10.22055/jacm.2023.44219.4182
    28. Тышкевич В. Н. Выбор критерия прочности для труб из армированных пластиков // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2011. № 5(78). С. 76-79.
    29. Campen D. H., Bouwman V. P., Zhang G. Q. et al. Semi-analytical stability analysis of doubly-curved orthotropic shallow panels - considering the effects of boundary conditions [Полуаналитический анализ устойчивости ортотропных пологих панелей двойной кривизны - с учетом влияния граничных условий]. International Journal of Non-Linear Mechanics, 2002, vol. 37, no. 4-5, pp. 659-667. doi: 10.1016/S0020-7462(01)00090-7
    30. Wang X. Nonlinear stability analysis of thin doubly curved orthotropic shallow shells by the differential quadrature method [Нелинейный анализ устойчивости тонких двоякоискривленных ортотропных пологих оболочек методом дифференциальных квадратур]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2007, vol. 196, no. 17-20, pp. 2242-2251. doi: 10.1016/j.cma.2006.11.009
    31. Semenov A. A. Strength and stability of geometrically nonlinear orthotropic shell structures [Прочность и устойчивость геометрически нелинейных ортотропных оболочечных конструкций]. Thin-Walled Structures, 2016, vol. 106, pp. 428-436. doi: 10.1016/j.tws.2016.05.018
  • Для цитирования: Мишуренко Н. А. Устойчивость ортотропных пологих оболочек двоякой кривизны с учетом ослаблений // Промышленное и гражданское строительство. 2025. № 3. С. 37-42. doi: 10.33622/0869-7019.2025.03.37-42

НАЗАД