Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В связи с активным расширением сферы применения металлокомпозитных баллонов высокого давления (МКБВД) требуется более точная оценка их несущей способности, включая проблему волнообразования лейнеров при изготовлении и эксплуатации баллонов. Как отмечается в известных публикациях, посвященных исследованиям стесненных оболочечных конструкций, волнообразование лейнеров относится к недопустимым дефектам конструкции [1–4]. Появление такого механизма деформирования наиболее заметно сказывается в баллонах с тонкостенным стальным лейнером, которые и рассматриваются в данной работе.
За расчетную схему принята центральная цилиндрическая часть МКБВД, которая трактуется как конструкция кольцо — обойма (с жесткой обоймой), или контактно-стесненное кольцо. Анализ деформирования конструкции выполняется по методологии динамического анализа [5], согласно которой вводятся три определяющих фактора: объемность, технологические отклонения, режим реального времени; строится 3D-конечно-элементная модель конструкции с учетом односторонней связи лейнера и оболочки на поверхности контакта. Расчеты проводятся в программном комплексе LS-DYNA в динамической постановке. Считается, что в конструкции кольцо — обойма происходит температурное нагружение по кусочно-линейному закону только кольца, обойма имеет нулевой коэффициент линейного термического расширения. Из расчетов находится напряженно-деформированное состояние кольца в функции времени, что позволяет устанавливать по времени момент потери устойчивости кольца и по графику нагрузки определять критическую температуру.
Для конкретной конструкции кольцо — обойма найдена критическая температура, при которой отмечается потеря устойчивости кольца в виде местной волны деформации (складки). Проведенные сравнения полученной расчетом величины критической температуры [5, 6] с экспериментально замеренной температурой на идентичной конструкции кольцо — обойма в работе [1] показали хорошее согласование результатов.
Исследование процесса волнообразования лейнера в конструкции кольцо — обойма на основе предложенной методологии динамического анализа позволило представить процесс в виде изображений деформированного состояния кольца (лейнера) и графиков напряжений и деформаций в функции времени. При таком подходе удается проследить во времени процесс зарождения и развития волны деформации в лейнере.
В работе рассмотрен МКБВД с тонкостенным стальным лейнером, применение которого снижает массу МКБВД по сравнению с алюминиевым лейнером. Деформирование МКБВД изучено в процессе температурного нагружения во времени кольца, что позволило установить начальную стадию местных перемещений кольца и стадию непосредственного формирования внутреннего лепестка (волны), связанного с локальной потерей устойчивости кольца. Решение задачи устойчивости контактно-стесненного кольца проведено по методологии динамического анализа в программе LS-DYNA. Выполненные расчеты подтвердили хорошее согласование результатов расчета и эксперимента, описанного в литературе. Таким образом, предложенный подход позволяет провести оценку несущей способности контактно-стесненных оболочечных конструкций уже на этапе их проектирования.
