Скінченно-елементний аналіз динаміки тонкостінної циліндричної оболонки при імпульсному навантаженні

Ye. A. Yehorov, O. Ye. Kucherenko

Анотація


Досліджено задачу скінченно-елементного аналізу динаміки оболонки, яка за своїми механічними і геометричними властивостями є подібною до по­ши­ре­них у промисловості тонкостінних резервуарних конструкцій. Оболонка за­знає локального імпульсного навантаження від вибухової хвилі. Про­ана­лі­зо­вано параметри вибухових впливів. Досліджено напружено-деформований стан оболонки та визначено максимальні напруження і деформації. Про­ана­лі­зовано перехідні процеси у стінці оболонки. З використанням пере­тво­рен­ня Фур’є визначено домінантні частоти коливань оболонки у різні часові про­міжки. Виявлено, що при швидкозмінних імпульсних навантаженнях власні форми коливань високого порядку мають суттєвий вплив на поведінку оболонки.

 

Зразок для цитування: Є. А. Єгоров, О. Є. Кучеренко, “Скінченно-елементний аналіз динаміки тонкостінної циліндричної оболонки при імпульсному навантаженні”, Мат. методи та фіз.-мех. поля, 68, №1-2, 142–150 (2025), https://doi.org/10.15407/mmpmf2025.68.1-2.142-150

Ключові слова


скінченно-елементний аналіз, оболонка, вибухова хвиля, імпульс, напружено-деформований стан, коливання, частота, перехідний процес, перетворення Фур’є

Посилання


Dynamic Calculation of Structures for Special Effects, B. G. Korenev, I. M. Rabinovich (eds) [in Russian], Stroyizdat., Moscow (1981).

Yu. S. Vorobiev, A. V. Kolodiazhny, V. I. Sevryukov, E. G. Yanyutin, Rapid Strain of Structural Elements [in Russian], Nauk. Dumka, Kyiv (1989).

Ye. A. Yegorov, O. Ye. Kucherenko, “Computer modelling of thin-walled shell structures with geometric imperfections,” Opir Mater. Teor. Sporud, No. 111, 205–213 (2023) (in Ukrainian), https://doi.org/10.32347/2410-2547.2023.111.205-213

Ye. A. Yegorov, O. Ye. Kucherenko, “Cylindrical shells in a wind flow: regression analysis of the wind pressure distribution coefficient,” Opir Mater. Teor. Sporud, No. 114, 165–172 (2025) (in Ukrainian), https://doi.org/10.32347/2410-2547.2025.114.165-172

S. P. Orlenko, “Influence of elastic base on dynamics of conical shells of variable thickness under impulse loading,” Dop. Nats. Akad. Nauk Ukr., No. 3, 27–34 (2024), https://doi.org/10.15407/dopovidi2024.03.027

N. H. Asmar, Partial Differential Equations with Fourier Series and Boundary Value Problems, Dover Publications (2016).

A. Catovic, E. Kljuno, “Comparation of analytical models and review of numerical simulation method for blast wave overpressure estimation after the explosion,” Adv. Sci. Technol. Eng. Syst. J., 6, No. 1, 748–756 (2021), https://doi.org/10.25046/aj060182

D. Chapelle, K.-J. Bathe, The Finite Element Analysis of Shells – Fundamentals, Springer–Verlag, Berlin, Heidelberg (2011).

R. W. Clough, J. Penzien, Dynamics of Structures, McGraw-Hill Book Company, New-York (1975).

I. G. Cullis, “Blast waves and how they interact with structures,” BMJ Military Health, 147, No. 1, 16–26 (2001), https://doi.org/10.1136/jramc-147-01-02

L. H. Donnell, Beams, Plates, and Shells, McGraw-Hill, New-York (1976).

EN 1991-1-4:2005. Eurocode 1: Actions on Structures. Part 1–4: General Actions. Wind Actions, European committee for standardization, Brussels (2010).

G. A. Evans, J. M. Blackledge, P. D. Yardley, Numerical Methods for Partial Differential Equations, Springer, London (2000).

G. V. Filatov, “Optimal design of shells subjected to impulsive loading,” Prikl. Mekh., 41, No. 8, 97–104 (2005) (in Russian); English translation: Int. Appl. Mech., 41, No. 8, 917–923 (2005), https://doi.org/10.1007/s10778-005-0160-y

F. G. Friedlander, “The diffraction of sound pulses. I. Diffraction by a semi-infinite plane,” Proc. R. Soc. Lond. Ser. A. Math. Phys. Sci., 186, No. 1006, 322–344 (1946), https://doi.org/10.1098/rspa.1946.0046

P. R. Gefken, S. W. Kirkpatrick, B. S. Holmes, “Response of impulsively loaded cylindrical shells,” Int. J. Impact Eng., 7, No. 2, 213–227 (1988).

J. Geng, T. Mander, Q. Baker, “Blast wave clearing behavior for positive and negative phases,” J. Loss Prevent. Proc., 37, 143–151 (2015), https://doi.org/10.1016/j.jlp.2014.10.018

O. S. Isaac, O. G. Alshammari, E. G. Pickering, S. D. Clarke, S. E. Rigby, “Blast wave interaction with structures – An overview,” Int. J. Prot. Struct., 14, No. 4, 584–630 (2022), https://doi.org/10.1177/20414196221118595

A. A. Jafari, S. M. R. Khalili, R. Azarafza, “Transient dynamic response of composite circular cylindrical shells under radial impulse load and axial compressive loads,” Thin-Walled Struct., 43, No. 11, 1763–1786 (2005), https://doi.org/10.1016/j.tws.2005.06.009

V. Karlos, G. Solomos, Calculation of Blast Loads for Application to Structural Components, Publications Office of the European Union, Luxembourg (2013).

S. Kida, J. Oda, “Fracture behavior of brittle plates and cylindrical shells subjected to concentrated impulse loading,” Exp. Mech., 27, No. 2, 158–163 (1987), https://doi.org/10.1007/BF02319468

S. W. Kirkpatrick, B. S. Holmes, “Structural response of thin cylindrical shells subjected to impulsive external loads,” AIAA Journal, 26, No. 1, 96–103 (1988), https://doi.org/10.2514/3.9856

P. Z. Lugovoi, V. N. Sirenko, Yu. V. Skosarenko, T. Ya. Batutina, “Dynamics of a discretely reinforced cylindrical shell under a local impulsive load,” Prikl. Mekh., 53, No. 2, 71–80 (2017) (in Russian); English translation: Int. Appl. Mech., 53, No. 2, 173–180 (2017), https://doi.org/10.1007/s10778-017-0803-9

R. D. Mindlin, “Influence of rotatory inertia and shear on flexural motions of isotropic, elastic plates,” ASME J. Appl. Mech., 18, No. 1, 31–38 (1951), https://doi.org/10.1115/1.4010217

A. M. Remennikov, T. A. Rose, “Modelling blast loads on buildings in complex city geometries,” Computers & Structures, 83, No. 27, 2197–2205 (2005), https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2005.04.003

P. A. Shirbhate, M. D. Goel, “A critical review of blast wave parameters and approaches for blast load mitigation,” Arch Computat Methods Eng., 28, No. 3, 1713–1730 (2021), https://doi.org/10.1007/s11831-020-09436-y


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 3.0 License.