Введение к работе
Актуальность работы. В современных условиях эксплуатации ряд специальных ответственных сооружений, к которым относятся защитные оболочки реакторных отделений атомных электростанций, энергетических и химических реакторов, конструкции резервуаров, дымовых труб, технологических печей, наряду с силовыми (статическими, динамическими) нагрузками испытывают также воздействия различных физико-механических и химических полей Так действие радиоактивного облучения, агрессивных сред, интенсивных температур и высокого давления приводят к изменению физических и прочностных характеристик материала подобных конструкций, то есть являются факторами наведенной неоднородности В связи с этим возникает необходимость в определении динамических характеристик и анализе напряженно-деформированного состояния неоднородных по толщине оболочек с измененными физико-механическими характеристиками материала Вместе с тем, до сих пор не существует сформировавшейся методики расчета неоднородных цилиндрических оболочек на динамические воздействия Недостаточно изученными являются также вопросы, связанные с расчетом многослойных оболочек при нестационарных нагружениях
Разработка эффективных алгоритмов расчета, позволяющих производить «точную» оценку напряженно-деформированного состояния трехслойных цилиндрических оболочек, а также аналогичных конструкций с учетом изменения их упругих и инерционных характеристик, представляет сложную актуальную проблему строительной механики Настоящая диссертация, как раз и посвящена теории и разработке точного в рамках сформулированной ниже модели метода расчета неоднородных по толщине и дискретно неоднородных (трехслойных анизотропных) цилиндрических оболочек средней толщины на нестационарные динамические воздействия
Цель работы. В рамках кинематических гипотез уточненной гиперболической теории типа Тимошенко разработка нового эффективного метода точного динамического расчета непрерывно и дискретно неоднородных круговых цилиндрических оболочек при наиболее общих условиях нестационарного осе-симметричного нагружения и опирання на контуре
Достижение поставленной цели предусматривает выполнение таких задач
вывод дифференциальных уравнений движения и формулировка математической модели рассматриваемых начально-краевых задач динамики неоднородных по толщине и трехслойных цилиндрических оболочек,
построение замкнутых решений для неоднородных цилиндрических оболочек при произвольных упругих условиях закрепления их на контуре, осесиммет-ричных динамических воздействиях с учетом диссипативных сил вязкого сопротивления,
анализ частных случаев построенных общих решений, соответствующих постоянным физико-механическим характеристикам материала (однородная конструкция), конкретным условиям закреплений оболочек и характеру осе-симметричных динамических воздействий,
разработка алгоритма и программного обеспечения расчета непрерывно и
дискретно неоднородных (однородных) цилиндрических оболочек при различных условиях их опирання и динамических воздействиях,
- исследование динамических характеристик (частот и форм колебаний) неод
нородных цилиндрических оболочек при различных условиях их опирання и
геометрических параметрах конструкции Анализ напряженно-
деформированного состояния непрерывно-неоднородных по толщине и трех
слойных цилиндрических оболочек при наличии сил вязкого сопротивления для
одного из практически важных частных случаев аварийного динамического
воздействия (распределенного скачка давления)
Научная новизна работы заключается в следующем
получены новые уравнения движения непрерывно неоднородных по толщине и трехслойных круговых цилиндрических оболочек с конечной сдвиговой жесткостью при наиболее общих граничных условиях, соответствующих упругому защемлению на торцах оболочки В основу положены соотношения уточненной теории оболочек, учитывающие деформации поперечного сдвига и инерцию поворота поперечных сечений конструкций,
построены новые точные решения нестационарных осесимметричных динамических задач для цилиндрических оболочек средней толщины с конечной сдвиговой жесткостью при учете факторов наведенной неоднородности в материале и трехслойных ортотропных цилиндрических оболочек при наиболее общих условиях закрепления их на контуре с учетом диссипативных сил вязкого сопротивления,
применен современный эффективный математический аппарат многокомпонентных и биортогональных конечных интегральных преобразований в вектор-матричной форме, сформулированный профессором Сеницким Ю Э,
разработаны алгоритмы и программы, предназначенные для проведения конкретных динамических расчетов и численных экспериментов,
исследовано влияние условий закрепления, а также факторов наведенной неоднородности на спектр частот и форм колебаний круговых цилиндрических оболочек,
проанализированы напряженно-деформированные состояния при действии распределенного скачка давления для однородных, неоднородных по толщине и дискретно неоднородных (трехслойных) цилиндрических оболочек
Практическая значимость работы:
результаты исследований, алгоритм разработанной методики и программные модули могут использоваться проектными и научно-исследовательскими организациями при проведении конкретных практических расчетов специальных сооружений, взаимодействующих с агрессивными средами, и в частности, защитных оболочек реакторных отделений (РО) атомных электростанций (АЭС) на внешние и внутренние специальные аварийные воздействия (ударной волны при взрыве легковоспламеняющихся газов и паров, внезапном повышении давления в результате разрыва трубопроводов),
алгоритм и программные модули являются универсальными, позволяющими производить расчеты динамических характеристик и напряженно-деформированного состояния непрерывно неоднородных (однородных) и трех-
слойных цилиндрических оболочек при произвольных условиях опирання на контуре и осесимметричных динамических воздействиях
- полученные замкнутые решения могут быть использованы при оценке по
грешностей различных приближенных алгоритмов и методов
Работа выполнялась по гранту Министерства общего и профессионального образования Российской федерации в области фундаментальных технических наук (строительство) ТОО-12 1-2109
Достоверность полученных результатов обеспечивается строгостью вывода основных соотношений, математической постановки и методов решения рассматриваемых начально-краевых задач динамики, соответствием качественных результатов расчета физической картине исследуемых процессов, совпадением количественных результатов в частных случаях с известными в литературе данными расчетов, подтверждается сравнением частных случаев построенных решений с известными решениями других авторов
Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались на международных, федеральных и областных научно-технических конференциях
XXI международной конференции по теории оболочек и пластин (Саратов 2005г),
XXXVI Всероссийском Уральском семинаре «Механика и процессы управления» (Миасс 2006г),
III международной научно-технической конференции «Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте» (Самара 2005г),
второй Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара 2005г ),
61-ой научно-технической конференции по итогам НИР СамГАСА за 2003 г «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре» (Самара 2004г),
XXIV, XXVIII, XXIX Самарских областных студенческих научных конференциях «Общественные, естественные и технические науки» (Самара 1998, 2002,2003г),
21-22-ой межвузовских студенческих научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательской работы студентов в 2001 и 2002 гг «Студенческая наука Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды» (Самара 2003г)
В целом по материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 в центральной печати
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и одного приложения Объем диссертации 167 страницы, в том числе 140 страниц основного текста, 44 рисунка и 5 таблиц Список литературы содержит 219 наименований
