Технические науки/2. Механика

к.т.н. Пацюк А.Г.

Дніпропетровський національний університет ім. О. Гончара, Україна

Поведінка циліндричної оболонки при дії

зовнішнього тиску і локального лазерного нагріву

В даній роботі вивчається явище втрати стійкості при нестаціонарному локальному нагріві оболонки, яка навантажена зовнішнім рівномірним тиском. Силове і локальне теплове навантаження на оболонку створювалось за допомогою випробувального комплексу, який описаний в роботі [1].

На відміну від дії тільки локального лазерного нагріву при комбінованій дії зовнішнього тиску і лазерного нагріву втрата стійкості оболонок приводила не тільки до зміни початкової геометрії, але й до повної втрати несучої здатності тонкостінної конструкції.

Випробувались циліндричні оболонки, виготовлені із сталі Х18Н9н методом крапкового зварювання. Було виготовлено дві партії оболонок з геометричними розмірами моделей: , для першої партії і , для другої партії, мм де , , – відповідно довжина, радіус і товщина оболонок.

Умови закріплення криволінійних країв оболонок були близькими до шарнірно-рухомого спирання.

Локальний нагрів проводився в середній частині оболонок з боку діаметрально протилежному зварному шву. Щільність теплового потоку в експерименті змінювалась в діапазоні . Більш високі рівні щільності приводили до розгерметизації внаслідок проплавлення стінок оболонки і тому не застосовувались.

В результаті випробувань були виявлені три форми втрати стійкості оболонок: локальна (температурна), локальна перехідна (по формі відповідного навантаження і температури) і загальна, яка характеризувалась глибокими регулярно розташованими вм’ятинами, направленими до центру кривизни оболонки.

На рис. 1 показані результати експериментальних досліджень для випадку дії локального лазерного нагріву і зовнішнього рівномірного тиску.

Рис. 1

Тут позначено: – відношення критичного навантаження до експериментально встановленого навантаження втрати стійкості оболонки при рівномірному зовнішньому тиску, – відношення підведеної енергії до мінімальної енергії, необхідної для втрати стійкості тільки від теплової дії. Трикутниками позначені температурні форми втрати стійкості, кружечками – локальні перехідні форми втрати стійкості при комбінованому навантаженні, прямокутниками – загальні форми втрати стійкості. Криві 1,2 умовно відділяють зони локальної перехідної, температурної і загальної форми втрати стійкості.

При значеннях навантаження і енергії теплового імпульсу ( – мінімальне значення енергії при якому спостерігається втрата стійкості оболонок в заданому інтервалі навантажень) реалізувалась загальна форма втрати стійкості, яка характеризувалась замкнутим поясом витягнутих по всій довжині оболонки вм’ятин (рис. 2).

Число вм’ятин коливалось від восьми до дев’яти і відповідало розрахунковим значенням для оболонок даної серії [2] .

В діапазоні навантажень в залежності від розмірів зони нагріву і енергії зовнішнього теплового потоку спостерігалась або загальна форма втрати стійкості, або локальна перехідна форма втрати стійкості. Характерні форми наведені на рис. 3.

Рис. 2

При значеннях параметра навантаження і будь-якої енергії теплового імпульсу, зареєстрованого в експерименті спостерігалась температурна форма втрати стійкості оболонки (рис. 4).

Рис. 3 Рис. 4

Література:

1. Пацюк А.Г. Модернізований комплекс для експериментального дослідження статичних і динамічних процесів в тонкостінних конструкціях // Методи розв’язання прикладних задач механіки деформівного твердого тіла. Вип. 9. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2008. – С. 157-168

2. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. – М.: Наука, 1967. – 984 с.