Способ оптимизации параметров подкрепленной цилиндрической оболочки Советский патент 1980 года по МПК G01N3/12 

-

Изобретение относится к исследованиям устойчивости тонкостенных конструкций, а именно к способам onperfeления оптимальных параметров подкреп- j ления оболочек при нагр гжении их всесторонним внешним давлением, и может быть применено при создании резервуаров высокого давления, летательных и плавучих средств..10

Известен способ оптимизациипараметров подкрепленной цилиндрической оболочки, заключающийся в том, что . подкрепленную внутренними ребрами и за1 репленную по торЦам цилиндрическую j оЪолочку нагружают внешним давлением До общей потери устойчивости (Ц.

недостатком способа является низкая точность определения минимального веса при заданной нагрузке, так как 20 параметры подкреплений находят из приближенной теоретической зависимости и при их определении не учитывается несущая способность оболочки минимального веса при заданной нагрузке. jjS

Цель изобретения - повышение точ- / ности достижения,

Цель достигается, за счет того, что в качестве подкрепляющих ребер используют съемные кольца, уменьшают число ,

ребер и расставляют оставшиеся ребра на одинаковом расстоянии друг от друга до тех пор, пока не п&оизойдет местная потеря устойчивости оболочки, после чего уменьшают тЬяадйну ребер путем снятия по одному кольцу до общей потери усто йчив6стй, атолщину и число ребер рассчитывают, из следующих

.соотношений . p(i-v) - N - -ajrTtrjSI (ТГ

0.

,/3j f H(W).

U) EHti

где P - заданная величина давления;

I - коэффициент Пуассона оболочки

R - радиус оболочки;

- длина оболочки;

Е - модуль упругости оболочки;

h - толщина оболочки;

модуль упругости ребра;

N - число ребер; Н(Н)- толщина ребра. На чертеже схематически изображено устройство для реализации способа.

Цилиндрическую оболочку 1, подкрепленную ребрами 2, состоящими из отдельных колец 3,. нагружают внешним дав,лением. Цилиндрическая оболочка 1 закреплена по торцам и (снабжена кольцевыми крьвикамн 4 и 5 со штуцерами 6 и 7 для подвода жидкости от насоса к для стравливания воздуха соответствен но. В полость между цилиндрической оболочкой 1 и наружной оболочкой 8 подают жидкость от насоса..Давление жидкости измеряют манометром 9. В основу предлагаемого способа положен тот факт, что при определенной толщине ребер цилиндрическая оболочка нагруженная всесторонним внешним давлением, испытывает не общую потерю, ус тойчивости, а потерю устойчивбо й в пролётах между ребрами. При этом несу щая способность оболочки намного увел чивается, как известно, что вели чина-критической нагрузки обратно пропорциональна длине оболочки. Оптимальной ТОЛЩИНОЙ ребер считается такая их минимальная -толщина, при которой оболочка теряет устойчивость по отсекам. Оптимальным числом ребер считается такое их минимальное число, при котором оболочка, нагруженная заданной величиной давления, не теряет устойчивость. Для оптимизации параметров подкрепления на оболочку насаживают число колец, заведомо большее оптимального, с толщиной заведомо большей оптимальной, затем оболочку закрепляют по .торцам, нагружая заДаннрй величиной внешнего давления и путем постепенного уменьшения числа колец и ИХ толщины определяют минимал ные параметры подкреплений, при которых оболочка не теряет устойчивость. Реализацию способа осуществляют следующим образом. Измеряют толщину, длину, радиус рптимизируемой оболочки, Определяют теоретические значения числа ребер и их толщины по-зависимости (1) и (2) затем подкрепляют оболочку на равном расстоянии N друг от: друга внутренними ребрами с толщиной H(N), причем, ребра целесообразно составлять из отдельных колец,, которые могут сниматься и толщина которых может быть равна толщине оболочки, половине толщины четверти и т. д. в зависимости от нео ходимой точности определения параметров подкреплений, затем закрепляют торцы оболочки, приваривая к ним жест кие фланцы, создают в Долости между корпусом и испытываемой оболочкой, внутренняя поверхность которой доступ на для визуального наблюдения, давление заданной величины Если оболочка при этом не теряет устойчивость, снимают одно ребро, расставляя оставшиесяйа одинаковом расстоянии Друг ОТ друга и вновь нагружают., повторяя операции до тех пор, пока оболочка не испытает местную потерю устойчивости в пролетах между ребрами, после чего постепенно снимают с каждого ребра по одному тонкому кольцу до тех пор, пока не произойдет общая потеря устой чивости . Формулу {1) для определения N получают из условия равенства критической нагрузки пролета и заданной величины давления, при этом критическую нагрузку пролета Р определяют по известной формуле для однородных оболочекР - jSSSEhf О (-) где N длина пропета. Формулу (2) для H(N) получают из условия равноустойчивости всей подкрепленной оболочки и пролетов между ребрами, при этом критическую нагруз.ку пролета определяют по приведенной выше формуле, а критическую нагрузку подкрепленной оболочки определяют следующим образом. Записывают известные выражения для критических давлений оболочки и ребра P H(.. .,1 , где Р - критическая нагрузка оболочки ; D - изгибная жесткость оболочки; (,: ; п - волновое число; Р критическая нагрузка ребра; DK - изгибная жесткость ребра. Из условия Р P,j находят п зг 0Д )где )/J). Подставляя найденное в Р., и приравнивая Р к критической нагрузке отсека, получают H(N) и при этом считают, что ребро выполняет функцию закрепления j промежуточного между заделкой и шарнирным опиранием. Формулы (1) и (2) справедливы для тонких оболочек средней длины, т.е. таких, у которых .t 4,9VRh .при условии шарнирного W , . опирания -торцов. Однако они могут быть использованы в качестве ориентира для любых оболочек с любым закреплением. Способ оптимизации параметров подкрепленной цилиндрической оболочки обеспечивает более высокую точность достижения минимального веса при заданной нагрузке. Составление ребер из отдельных тонких колец и варьирование толщиной колец позволяет добиться необходимой точности. Уменьшение веса подкреплённых оболочек позволяет сэкономить материал, идущий на их изготовление.. Формула изобретения Способ оптимизации параметров под- крепленной цилиндрической оболочки, заключающийся в том, что подкрепленную внутренними ребрами и зaкpeплeннsfю по торцам цилиндрическую оболочку нагружают внешним давлением до общей J потери устойчивости, отличающ И и с я тем, что, с целью повышени точности достижения минимального в.еса при заданной нагрузке, в качестве под крепляющих ребер используют съемные кольца, уменьшают число ребер и расставляют оставшиеся ребра на одинаковом расстоянии друг от друга до тех пор, пока не произойдет местная потеря устойчивости оболочки, после чего уменьшают толщину рёбер путем снятия по одному кольцу до общей потери ус.тойчивости, а толщину и число ребер рассчитывают из слёдутощих соотношений Р (i-v) 0.855 Eh/i н(N)-,) Er(V где Р - заданная величина давления; V - коэффициент Пуассона оболочки; R - ргщиус оболочки; В - длина оболочки; Е - модуль упругости оболочки; h - толщина оболочки f- модуль упругости ребра; N - число ребер; Н(М)- толщина ребра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Маневич А.И. Экспериментальное исследование устойчивости подкрепленнах цилиндрических оболочек при внешнем давлении.-Прикладная механика , т, 5, вып. 5, ;1969 .(прототип).