Динамическое поведение упругой оболочки вращения параболической формы с жесткой носовой вставкой под действием подвижной нагрузки

Материалы статьи содержат результаты оценки напряженно-деформированного состояния, внутренних эквивалентных сил и моментов упругой оболочки вращения параболической формы при ее динамическом нагружении подвижным фронтом избыточного давления, распространяющегося вдоль оси симметрии. Носовая часть оболочки подкреплена изнутри жесткой параболической вставкой. Наличие массивного объекта (носовой вставки) в динамической системе вносит дополнительные возмущения в процесс нестационарного распространения возмущений в тонкостенной оболочке. Параметры взаимодействия ударной волны с поверхностью конструкции сильно локализованы, так как характерное время течения процесса не превышает 20 миллисекунд. Величина действующей подвижной нагрузки на оболочку определяется функцией величины суммарного давления, скорректированной с помощью функции Хевисайда. Приведены результаты расчета для варианта заделки (жесткого закрепления) торца оболочки на неподвижной ответной части. Значения внутренних силовых факторов для оболочек с тремя вариантами исполнения – толщиной 3, 5 и 7 мм, представлены в безразмерном виде. В качестве иллюстраций показаны зависимости от времени, прошедшего с начала взаимодействия с ударной волной носовой части, для внутренних усилий и изгибающих моментов. Характер распространения упругих возмущений в стенке определяется их наложением и переотражением, характер и амплитуда волн которых зависят от конфигурации самой стенки, условий закрепления и параметров действия внешнего избыточного давления. Также даны результаты расчета распределения силовых факторов по длине тонкостенной оболочки в моменты времени достижения ими максимальных значений в абсолютных величинах. Характер общего формоизменения конструкции может быть получен при анализе завершающего графика, на котором показаны изменения по времени значений перемещений жесткой носовой части в продольном направлении.

1. Ионов В.Н., Огибалов П.М. Напряжения в телах при импульсном нагружении. М.: Высшая школа, 1975. 463 с.

2. Соломенко Н.С., Абрамян К.Г., Сорокин В.В. Прочность и устойчивость пластин и оболочек судового корпуса. Л.: Судостроение, 1967. 488 с.

3. Вольмир А.С. Оболочки в потоке жидкости и газа. Задачи аэроупругости. М.: Наука, 1975. 416 с.

4. Глушко С.К., Немировский Ю.В. Прямые и обратные задачи механики упругих композиционных пластин и оболочек вращения. М.: Физматлит, 2008. 432 с.

5. Ляхов В.Н., Подлубный В.В., Титаренко В.В. Воздействие ударных волн и струй на элементы конструкций: Математическое моделирование в нестационарной газодинамике. М.: Машиностроение, 1989. 392 с.

6. Гостев А.Н. Исследование ударного взаимодействия оболочек вращения с идеальной жидкостью // Научный вестник МГТУ ГА. 2009. № 138. C. 245–247.

7. Глушак Б.Л., Куропатенко В.Ф., Новиков С.А. Исследование прочности материалов при динамических нагрузках. Новосибирск: Наука, 1992. 294 с.

8. Григолюк Э.И., Кузнецов Е.Б. Коническая оболочка под воздействием слабой ударной волны // Доклады АН СССР. 1976. Т. 230, № 2. С. 300–301.

9. Замышляев Б.В., Яковлев Ю.С. Динамические нагрузки при подводном взрыве. Л.: Судостроение, 1967. 387 с.

10. Новожилов В.В. О перемещении твердого тела под действием акустической волны давления // Прикладная математика и механика. 1959. Т. 23, вып. 4. С. 794‒796.

11. Григолюк Э.И., Горшков А.Г. Взаимодействие слабых ударных волн с упругими конструкциями // Научные труды ИМ МГУ. 1971. № 13. C. 180.

12. Гузь А.Н., Кубенко В.А. Дифракция упругих волн. Киев: Наукова думка, 1978. 307 с.

13. Григолюк Э.И., Горшков А.Г. Определение гидродинамических нагрузок при взаимодействии слабых нестационарных волн давления с упругими оболочками // Колебания, излучение и демпфирование упругих структур: сборник докладов. М.: Наука, 1973. С. 3‒11.

14. Туркин И.К. Исследование взаимодействия упругой оболочки вращения аппарата с ударной волной в жидкости // Системный анализ, управление и навигация: тезисы докладов XXIII Международной научной конференции. Евпатория 01–08 июля 2018 г. М.: МАИ, 2018. С. 95–96.

15. Туркин И.К. Исследование реакции оболочки вращения аппарата с конструктивным элементом в носовой части на ударную волну в жидкости // Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: сборник трудов XXVI Международного симпозиума им. А.Г. Горшкова. Вятичи, 16–20 марта 2020 г. М.: ООО ТРП, 2020. Т. 1. С. 223‒224.

16. Чернова Н.Д. Реакция параболоида вращения с жесткой носовой частью на действие ударной волны // Научные труды ИМ МГУ, 1984. C. 43–50.

17. Туркин И.К. Взаимодействие предварительно нагруженной оболочки вращения с ударной волной в жидкости // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2022. № 1. С. 137–144.

18. Туркин И.К. Исследование динамического поведения параболической оболочки ЛА с конструктивной массой внутри при термосиловом нагружении // Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: материалы XXIX Международного симпозиума им. А.Г. Горшкова. Кременки, 15–19 мая 2023 г. М.: ООО ТРП, 2023. Т. 1. С. 206–207.