МЕТОДИКА РАСЧЕТА СФЕРИЧЕСКИХ КУПОЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ

Сведения об авторах
  • Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация
  • Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация

Рассматривается расширение области применения разработанных авторами моделей, алгоритмов, программного обеспечения и методик исследования оболочечных конструкций на сферические оболочки (купола). Для данного вида конструкций предложен способ обхода особенности в вершине купола за счет выбора модифицированных аппроксимирующих функций. Математическая модель является геометрически нелинейной, учитывает поперечные сдвиги и представлена в виде функционала полной потенциальной энергии деформации. Для сведения вариационной задачи к решению системы алгебраических уравнений применялся метод Ритца. Полученная система решается методом продолжения решения по наилучшему параметру с адаптивным выбором сетки. Алгоритм реализован в среде аналитических вычислений Maple. Выполнен расчет стального купола при разных способах закрепления контура, получены значения критической нагрузки потери устойчивости и нагрузки потери прочности. Построены график зависимости «нагрузка – прогиб» и поля прогибов в докритической и закритической стадиях. Поля показаны в локальной и глобальной декартовой системах координат. Продемонстрирована сходимость метода Ритца по значению критической нагрузки. Выполнена верификация методики путем сравнения решений тестовой задачи с известным решением, полученным Э.И. Григолюком и Е.А. Лопанщиным. Результаты сравнения позволяют судить о достоверности получаемых данных. Выявлено, что для рассматриваемого купола потеря прочности наступает значительно раньше потери устойчивости, в связи с чем может быть рекомендовано для ее проектирования выбрать марку стали с более высоким значением предела текучести. Шарнирно-неподвижное закрепление в данном случае дает более высокое значение предельно допустимой нагрузки.

Ключевые слова

сферические оболочкикуполаустойчивостьпрочностьматематическая модельметод Ритцакритическая нагрузка

Литература

  1. 1.Сысоев Е.О., Добрышкин А.Ю., Сысоев О.Е. Численные исследования колебаний композитных тонкостенных цилиндрических разомкнутых оболочек // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. – 2022. – № 3 (59). – С. 85–90. DOI: 10.17084/20764359-2022-59-85. – EDN: NOXYKQ. Scholar
  2. 2.Бакулин В.Н., Недбай А.Я. Динамическая устойчивость цилиндрической оболочки, подкрепленной продольными ребрами кусочно-постоянной толщины, при действии осевой нагрузки // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. – 2020. – Т. 495, № 1. – С. 39–45. DOI: 10.31857/S268674002006005X. – EDN: NMDVJS Scholar
  3. 3.Romanova T.P., Yankovskii A.P. Load-bearing capacity of rigid-plastic reinforced shallow shells and plates // Mechanics of Advanced Materials and Structures. – 2022. – Vol. 29, no. 26. – P. 5651–5665. DOI: 10.1080/15376494.2021.1961952. – EDN: XMUWBL. Scholar
  4. 4.Kosytsyn S., Akulich V. Influence of stage-by-stage construction of a cylindrical shell on stress-strain states of an existing nearby shell in a soil body // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. – 2022. – Vol. 18, no. 2. – P. 112– 120. DOI: 10.22337/2587-9618-2022-18-2-112-120. – EDN: HTENQD. Scholar
  5. 5.Железнов Л.П., Серьезнов А.Н. Исследование нелинейного деформирования и устойчивости композитной оболочки при чистом изгибе и внутреннем давлении // Прикладная механика и техническая физика. – 2022. – Т. 63, № 2(372). – С. 207– 216. DOI: 10.15372/PMTF2022020. – EDN: EBPIST. Scholar
  6. 6.Qatu M.S., Asadi E., Wang W. Review of Recent Literature on Static Analyses of Composite Shells: 2000-2010 // Open Journal of Composite Materials. – 2012. – Vol. 2, no. 3. – P. 61–86. DOI: 10.4236/ojcm.2012.23009 Scholar
  7. 7.Mellor P.B. The ultimate strength of thin-walled shells and circular diaphragms subjected to hydrostatic pressure // International Journal of Mechanical Sciences. – 1960. – Vol. 1, no. 2–3. – P. 216–228. DOI: 10.1016/0020-7403(60)90041-2 Scholar
  8. 8.Research on burst pressure for thin-walled elbow and spherical shell made of strength differential materials / L. Yan, Z. Junhai, X. Ergang, C. Xueye // Materials Research Innovations. – 2015. – Vol. 19, no. 5. – P. 80–87. DOI: 10.1179/1432891715Z.0000000001340 Scholar
  9. 9.Bleyer J., de Buhan P. A numerical approach to the yield strength of shell structures // European Journal of Mechanics – A/Solids. – 2016. – Vol. 59. – P. 178–194. DOI: 10.1016/j.euromechsol.2016.03.002 Scholar
  10. 10.Hamed E., Bradford M.A., Gilbert R.Ian Nonlinear long-term behaviour of spherical shallow thin-walled concrete shells of revolution // International Journal of Solids and Structures. – 2010. – Vol. 47, no. 2. – P. 204–215. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2009.09.027 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 6, 2023)

Показаны 12 из 13

Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
21.12.2023
В выпуске
21.12.2023
Выпуск
№ 6 (2023)
Поделиться