книги / Общая теория анизотропных оболочек
..pdf§ 13] Т ЕМ П ЕР А Т У Р Н Ы Е Н А П РЯЖ ЕН И Я В О БО ЛО ЧКАХ 331
где приняты ооозначения:
А/2 |
|
А/2 |
|
А/2 |
|
J |
BtJdт, z > „ _ S |
Bvfd b |
K,t = S А,д<гт , |
|
|
-A/2 |
|
-A/2 |
|
—A/2 |
|
A/2 |
A/2 |
|
|
||
c ijfc— S |
BijJkdh |
Kijk= |
\ Bi j h l d‘< при A = l , 2 , |
(13.46) |
|
—A/2 |
-A/2 |
|
|
||
A/2 |
A/2 |
|
|
||
S |
в ^Т к-Ч ъ |
K ( .k= |
5 |
при A = 3,4. |
|
-A/2 |
|
|
-A/2 |
|
|
Из соотношений упругости (13.44) и (13.45) замечаем, что, когда механические характеристики материала оболочки зависят от температуры, а температура оболочки является произвольной функцией координат s и у, однородная оболочка ведет себя как неоднородная (точнее, оболочка под действием температурного поля становится неоднородной). Наличие, например, в формулах (13.44) и (13.45) членов с жесткостями взаимного влияния гово рит о том, что оболочка по толщине неоднородна.
Очевидно, в рассматриваемом случае уравнения равновесия (13.11) и уравнение неразрывности деформаций (13.13) остаются неизменными. Полагая
JI |
sin & |
cos & |
у, |
dV |
|
|
1 |
г |
' |
г |
*’ 2 |
ds ’ |
(13.47) |
J V = S ^ V + ^ |
C 0, |
|
|
|||
|
|
|
||||
где V = V (s) — искомая |
функция |
напряжений, С0— постоян |
ная интегрирования, тождественно удовлетворим первым двум уравнениям равновесия (13.11).
Напомним (см. гл. I, § 2), что постоянная интегрирования С0/г0 представляет собой отнесенное к единице длины внешнее осевое усилие, распределенное по параллельному кругу s=s0.
Таким образом, остается еще удовлетворить третьему уравне нию равновесия (13.11) и уравнению неразрывности (13.13).
Подставляя значения Т( из (13.47), х, из (13.41) в (13.44) и решая полученную систему уравнений относительно компонент
деформаций, |
найдем |
|
|
|
|
|
|
|
||
„ __ |
С22 sin ft лт |
C12dF |
тт |
sin ft л7(т ( |
о |
dW |
||||
- 1 — |
|
|
v |
|
|
|
|
' Т ' * ™ ~ S I ~ |
||
- |
£ |
< |
« |
, |
2 |
» |
. |
+ |
|
(13.48) |
c „ £s ) + |
||||||||||
|
|
|
|
+ |
tt*^23 + |
+ |
af^2S+ |
V h v |
334 Н А П РЯЖ ЕН Н О Е СОСТОЯНИЕ И ДЕФОРМ АЦИИ О БО ЛО ЧЕК [ГЛ . И
Таким образом, поставленная здесь задача термоупругости ортотропной оболочки вращения сводится к интегрированию си стемы дифференциальных уравнений (13.52). Имея значения V и W, с помощью приведенных выше формул найдем все расчетные величины оболочки. Однако легко заметить, что в общем случае интегрирование полученной системы линейных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами сопряжено с большими трудностями; поэтому целесообразнее вопросом интегрирования разрешающих уравнений заниматься лишь для конкретных ти
пов оболочек, при конкретных закономерностях (13.37), |
в |
слу |
чае заданного закона изменения температуры Т = Т (s, |
у). |
Оче |
видно, при этом мы придем к частным задачам неоднородных обо лочек, достаточно полно изученным в современной литературе.
3. Некоторые вопросы термоупругости пологой ортотропно оболочки с учетом поперечных сдвигов. Здесь строится теория пологих ортотропных оболочек с учетом поперечных сдвигов. Эта теория основана на главных положениях уточненной теории весьма пологих оболочек (см. гл. I, § 7).
Примем, что температура по толщине оболочки меняется по
линейному закону, т. е. |
|
r = r 0(«,P ) + i Д 7 > ,р ). |
(13.53) |
Далее, будем считать, что коэффициенты упругости и линей ного температурного расширения являются линейными функциями температуры, т. е.
|
|
aki — ali (1 + |
K i ? ) ’ |
а<— o.t -\ -b tT, |
(13.54) |
|||||
где а?ы — начальные значения коэффициентов упругости (а{ = аа, |
||||||||||
b] == brj\ |
~ |
^2 = |
<2о = |
(ly, |
b3= |
by). |
|
|
||
Подставляя значение температуры из (13.53) |
и (13.54), |
окон |
||||||||
чательно получим для коэффициентов упругости следующие фор |
||||||||||
мулы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a k i — |
^ k i |
+ ft |
|
I |
|
|
(13.55) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(АГ) |
||
|
|
~ аы (1 + |
о)> |
ki |
|
|
||||
|
|
i + bMr 0- j |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Согласно исходным положениям уточненной теории, как из |
||||||||||
вестно, |
имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е»т = Т ( ? |
— f 2) |
55а сР (а- Р). |
% |
= |
у |
( т г —■ Т2) |
«мФ (*» Р). |
( ! 3 -5 |
||
где <р (а , |
р ), |
ф (а , |
р) |
— искомые функции, характеризующие по |
||||||
перечный сдвиг оболочки. |
|
|
|
|
|
|
336 |
Н А П РЯЖ ЕН Н О Е СОСТОЯНИЕ И ДЕФОРМ АЦИИ О БО ЛО ЧЕК |
L M . И |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
d 2w . |
h i d |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
X I |
— |
|
dai |
1 |
8 |
|
d a |
’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d'-w |
- |
Л 2 d |
( 4 , 4 + ) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
(13.62) |
|||
|
|
|
* 2 |
— |
|
д а 2 " 1" |
8 |
|
д а |
* |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
A iM L ], |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
о d 2u> |
1 |
|
Г д ( ДЙ5?) |
1 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
~ da d p |
• |
8 |
L |
^ |
1 |
|
да |
|
|
|
|
дЬо_ |
1 |
& |
d ( ^ 5 ? ) |
1 |
h |
d |
|
|
|
|
|
|
|
||
L |
дач- |
/c4 |
6 |
da |
1 |
16 |
|
d a |
• |
|
|
|
|
|||
|
д*и> |
/, |
h2d (Д 44Ф ) |
, |
h |
d |
[Д 44м 4 4 + ) |
|
|
|
|
|
||||
г |
др* |
|
|
да |
1 |
| |
|
|
|
|
|
|
||||
116 |
16 |
|
dp |
|
|
|
|
(13.63) |
||||||||
|
|
|
|
|
. h 4 ( k 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
d 2W |
|
|
, а (Л и з ? ) |
, |
|
|
|
|
|||||
I— (к3-)- к2) да да |
1 8 |
L U |
|
712Jk '] 1 |
dp |
1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
( |
* |
- W |
] |
. , |
|
1 |
д(Ago?) |
k\h д(Ь&Р&Я) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
6 |
|
да |
|
2 4 |
|
да |
|
|
’ |
|
|
|
|
|
|
|
* |
д ( А 44ф |
) __k2h д (Д 44И 44Ф ) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
6 |
|
д а |
|
2 4 |
|
<?р |
|
|
* |
|
|
|
|
|
(13.64) |
|
1 |
|
д ( A g f f i ) ___ 1 |
д ( А 4 >ф ) |
. |
|
к Г (к у _____, |
\ |
£ _ (£ б 5 ^ 5 б У ) |
I |
||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
6 |
|
dp |
|
6 |
да |
|
" т " 1 6 L \ 3 |
V |
d3 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 2 _ |
^ |
|
_^44^H±L1 |
|
При получении формул (13.60) мы органичивались лишь пер выми четырьмя членами разложений и по возможности отбрасы вали члены, точность которых выше точности теории весьма по логих оболочек. Конечно, вопрос этот здесь решен недостаточно корректно, ибо не доказано, что можно ограничиться лишь пер выми четырьмя членами в разложениях (13.60). Вопрос этот тре бует специального исследования.
Подставляя значения деформаций из (13.60), коэффициентов а,, из (13.54) и температуры из (13.53) в обобщенный закон Гука (13.1), после некоторых преобразований получим
= Я?,е1+ Щ2S2 |
- [В°п (аа+ baT0) + Я«2 (Op + b?T0)J TQ+ |
|||
+г{(*.+Ь,)я;.+(’4 + Ь !)в}!- |
||||
~ |
г К ». + |
V ' l К О П + |
(а, + |
26,TJ В», (AT) + |
+ |
К + |
Тй) vnS u Го + (ар + |
В Д |
5 J 2V12T^J 4 - |
+ т ’ { ( % + ? » . . ) г ! 1+ ( ч ! + ^ . « ) в ! , -
338 |
Н А П РЯЖ ЕН Н О Е СОСТОЯНИЕ И ДЕФОРМ АЦИИ О БО Л О Ч ЕК |
[ГЛ . I I |
||||||||||||||
|
Наконец, получим для внутренних сил и моментов следующие |
|||||||||||||||
выражения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тг — к (ЩЛ + |
В\,Ч) - |
h[В\х(а. + |
\Т0) + |
В\, («„ + |
Ъ?Т0)] Т0+ |
|||||||||||
+ |
+ |
т |
v“ ) |
|
+ ( * |
■+ т ъ |
) *1 . ] - |
л № |
Л |
+ w |
(д г )2+ |
|||||
+ |
(«. + |
V o ) В Ъ ъ m |
+ |
(Op + V o ) в & п (АГ)], |
Т2 = .. |
(13.70) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s = * s . [ * » + - r a ( » + i % ) ] . |
|
<13-71> |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
ЛГ, = |
§ . |
|
|
|
|
|
|
|
(13.72) |
|
* . = п [ ( « . + Ы |
|
* « ■ + ( " ■ + Ы |
|
в к - |
|
|
|
|||||||||
|
|
- й К». + |
В |
Д |
В п №О + |
|
(а, + |
26, Г.) в ; :, (47) + |
|
|||||||
|
|
~Ь (йс + |
^ о ) Я?Л 1Г0-f- (ар -}-^Т'ц) 5 i2vi2^Vl -J- |
|
||||||||||||
|
|
+ » [ ( » . + |
Т |
■ . . ) * Ь |
+ |
( » . + |
? |
ъ |
) * ? . ] - |
|
|
|||||
|
|
|
- |
|
Й |
м |
; |
, |
' |
ц |
№ . |
|
|
(13.73) |
||
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» = |
• » . “. [ п |
( Н |
- f |
* « ) + и |
{ 1 + Г |
" « )]• |
(13.74) |
|||||||
|
|
|
Уравнения равновесия и неразрывности деформаций имеют обычный вид. Подставляя значения внутренних сил и моментов
(посредством |
(13.61)—(13.64), |
представленных |
через |
искомые |
|
функции и (к, |
р), v (а, Р), и? (а, |
Р), <р (а, Р), |
<|>(а, |
Р)) из |
(13.70)— |
(13.74) в уравнения равновесия, получим |
систему пяти линей |
ных дифференциальных уравнений с переменными коэффициен тами относительно пяти искомых функций: и, v, w, <р, <[>. Присое диняя к этой системе граничные условия уточненной теории, по лучим замкнутую систему, решение которой и будет решением поставленной здесь задачи.
В общем случае полученная разрешающая система уравнений очень громоздка, и поэтому ее здесь не приводим. Пути решения этой системы в общем случае необозримы.
4. Замечание. Приведенные в этом параграфе решения не в всех случаях доведены до конца. Однако они достаточны для опре деления температурных напряжений и перемещений в отдельных частных случаях.
Здесь мы привели лишь некоторые сведения по задачам термо упругости анизотропных слоистых оболочек. Эта проблема имеет большое самостоятельное значение и может составить содержание отдельной книги.
340 |
Н АП РЯЖ ЕН Н О Е СОСТОЯНИЕ И ДЕФОРМ АЦИИ О БО ЛО ЧЕК |
[ГЛ . I * |
|
|
§ 8. Наиболее полно этот вопрос изучен в случае изотропных оболочек,, |
||
например, см. [4] и [Б], а также |
|
||
14. |
В л а с о в |
В. 3 ., Общая теория оболочек, Гостехиздат, 1949. |
урав |
|
В случае |
анизотропных оболочек интегрирование разрешающих |
нений цилиндрической оболочки методом одинарных тригонометрических рядов несколько осложняется [3]. Об этом говорят также работы:
15. |
S c h n e l l |
W ., |
Krafteinleitung |
in |
versteifte |
Kreiszylinderschalen. |
|
|
Teil I, |
Die |
orthotrope Shale. Zeitschrift fur Flugwissenschaften, Bd. 3 , |
||||
16. |
№ 12, |
1955. |
W ., |
Krafteinleitung |
in |
versteifte |
Kreiszylinderschalen, |
S c h n e l l |
|||||||
|
Teil II, Die Shale mit endlich vielen Spanten. Zeitschrift fur Flugwissen- |
||||||
|
scahften, Bd. 5, № |
1, 1957. |
|
|
|
§9. При составлении настоящего параграфа были использованы работыг
17.М о в с и с я н Л . А ., К расчету анизотропной (неортотропной) цилин дрической оболочки вращения. Известия АН АрмССР (ФМ пауки), т. 12, № 4, 1959.
18.М о в с и с я и Л. А ., Об осесимметрично нагруженной анизотропной цилиндрической оболочке. Известия АН АрмССР (ФМ науки), т. 15, № 2, 1962.
вкоторых освещены прикладные вопросы деформирования цилиндрических оболочек в общем случае анизотропии, имеющие важное значение для рас чета косо-армированных оболочек.
Вэтом параграфе особое внимание уделено вопросу распространения, краевого эффекта в общем случае анизотропии.
§ 10. Здесь теория анизотропных оболочек трактуется как обобщающая теория, которая дает возможность, исходя из механических соображений, сформулировать различные приближенные теории изотропных и анизотроп ных оболочек. Более подробно эти вопросы освещены в работах:
19.А м б а р ц у м я н С. А., К расчету длинных оболочек двоякой кри визны. Известия АН АрмССР (ФМЕ и Т пауки), т. 6, № 5—6, 1953.
20.А м б а р ц у м я н С. А., К вопросу построения приближенных теорий расчета пологих цилиндрических оболочек. ПММ, т. 28, в. 3, 1954.
21.А м б а р ц у м я н С. А., О пределах применимости некоторых гипотез;
теории |
топких цилиндрических оболочек. Известия АН СССР, ОТН.. |
№ 5, |
1954. |
§ 11. Здесь рассматриваются два примера интегрирования разрешающих уравнений теории весьма пологих анизотропных оболочек, загруженных сосредоточенными силами. Показывается возможность перехода к иным типам нагрузок. Параграф написан па основании)3] и
22.Т р у ш Е. И., Многослойные сферические оболочки под действием на грузки, равномерно распределенной по площадке. Прикладная механика,
т.6, в. 7, 1970.
Вопросам расчета анизотропных оболочек, загруженных сосредоточен ными силами, посвящены, например, и следующие работы:
23.А р т ю х и н Ю. П., Расчет ортотропных оболочек вращения на локаль ные нагрузки. Труды 6-й Всесоюзной конференции по теории оболочек и пластин. Изд-во «Наука», 1966.
24.Ж и г а л к о Ю. П., Действие сосредоточенных сил ва ортотропные и биметаллические цилиндрические оболочки. Труды 6-ой Всесоюзной конференции по теории оболочек и пластин, Изд-во «Наука», 1966.
25.Ч е р н ы ш е в Г. Н., Сосредоточенные силы, температурные и кон тактные воздействия на оболочки. Автореферат, 1971.
По этому поводу стоит посмотреть и работу: