ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ СЛОИСТЫХ УСЕЧЕННЫХ КОНИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК, ЗАПОЛНЕННЫХ ЖИДКОСТЬЮ

Сведения об авторах
  • Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Российская Федерация
  • Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Российская Федерация

Аннотация

Представлены результаты численных исследований собственных колебаний усеченных прямых слоистых конических оболочек вращения, полностью заполненных идеальной сжимаемой жидкостью. Поведение упругой конструкции и жидкой среды описывается в рамках классической теории оболочек, основанной на гипотезах Кирхгофа – Лява, и уравнений Эйлера. Уравнения движения оболочки совместно с соответствующими геометрическими и физическими соотношениями сводятся к системе обыкновенных дифференциальных уравнений относительно новых неизвестных. Акустическое волновое уравнение, записанное относительно гидродинамического давления, преобразуется к системе дифференциальных уравнений с помощью метода обобщенных дифференциальных квадратур. Решение сформулированной краевой задачи осуществляется методом ортогональной прогонки Годунова с численным интегрированием дифференциальных уравнений методом Рунге – Кутты четвертого порядка точности. Для вычисления собственных частот колебаний используется сочетание пошаговой процедуры с последующим уточнением найденных значений в полученном диапазоне методом Мюллера. Достоверность получаемых результатов подтверждена сравнением с известными численными решениями. В работе детально проанализированы зависимости низших частот колебаний от угла конусности и угла армирования свободно опертых, жестко закрепленных и консольных двухслойных и трехслойных композитных конических оболочек. Оценена возможность изменения низших частот и соответствующих им форм колебаний в зависимости от заданной комбинации угла конусности, условий закрепления краев конструкции, схемы укладки и угла армирования композиционного материала. Проведенная обширная серия вычислений позволила выявить наличие конфигураций, для которых низшие частоты превышают значения, соответствующие эквивалентной слоистой круговой цилиндрической оболочке.

Ключевые слова

классическая теория оболочекпрямая коническая оболочкаслоистый материалметод ортогональной прогонки Годуноваидеальная сжимаемая жидкостьметод обобщенных дифференциальных квадратурсобственные колебания.

Литература

  1. 1.Lindholm, U.S. Non-symmetric transverse vibrations of truncated conical shells / U.S. Lindholm, W.C. Hu // Int. J. Mech. Sci. – 1966. – Vol. 8, no. 9. – P. 561–579. DOI: 10.1016/0020-7403(66)90078-6 Scholar
  2. 2.Shu, C. An efficient approach for free vibration analysis of conical shells / C. Shu // Int. J. Mech. Sci. – 1996. – Vol. 38, no. 8-9. – P. 935–949. DOI: 10.1016/0020-7403(95)00096-8. Scholar
  3. 3.Qatu, M.S. Vibration of Laminated Shells and Plates / M.S. Qatu. – Oxford: Academic Press, 2004. – 426 p. Scholar
  4. 4.Vibrational characteristic of FG porous conical shells using Donnell’s shell theory / K. Yan, Y. Zhang, H. Cai, V. Tahouneh // Steel Compos. Struct. – 2020. – Vol. 35, no. 2. – P. 249–260. DOI: 10.12989/scs.2020.35.2.249 Scholar
  5. 5.Vescovini, R. Free vibrations of conical shells via Ritz method / R. Vescovini, N. Fantuzzi // Int. J. Mech. Sci. – 2023. – Vol. 241. – 107925. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2022.107925 Scholar
  6. 6.Sheinman, I. Dynamic analysis of laminated shells of revolution / I. Sheinman, S. Greif // J. Compos. Mater. – 1984. – Vol. 18, no. 3. – P. 200–215. DOI: 10.1177/002199838401800301 Scholar
  7. 7.Sheinman, I. Coupling between symmetric and antisymmetric modes in shells of revolution / I. Sheinman, S. Weissman // J. Compos. Mater. – 1987. – Vol. 21, no. 11. – P. 988–1007. DOI: 10.1177/002199838702101101 Scholar
  8. 8.Sivadas, K.R. Effect of coupling between symmetric and antisymmetric modes in composite thick shells of revolution / K.R. Sivadas, N. Ganesan // Finite Elem. Anal. Des. – 1992. – Vol. 11, no. 1. – P. 9–18. DOI: 10.1016/0168-874X(92)90025-8 Scholar
  9. 9.Xi, Z.C. Semi-analytical study of free vibration of composite shells of revolution based on the Reissner-Mindlin assumption / Z.C. Xi, L.H. Yam, T.P. Leung // Int. J. Solids Struct. – 1996. – Vol. 33, no. 6. – P. 851–863. DOI: 10.1016/0020-7683(95)00063-G Scholar
  10. 10.Kayran, A. Free vibration analysis of laminated composite truncated circular conical shells / A. Kayran, J.R. Vinson // AIAA J. – 1990. – Vol. 28, no. 7. – P. 1259–1269. DOI: 10.2514/3.25203 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 1, 2025)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
23.04.2025
В выпуске
23.04.2025
Выпуск
№ 1 (2025)
Поделиться