Please use this identifier to cite or link to this item:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/30550
Title: | Методика прогнозування граничних станів тонкостінних циліндричних трубок |
Other Titles: | Prediction technique for thin-walled cylindrical tubes boundary state |
Authors: | Козбур, Галина Володимирівна Kozbur, Halyna |
Affiliation: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, Україна Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine |
Bibliographic description (Ukraine): | Козбур Г. В. Методика прогнозування граничних станів тонкостінних циліндричних трубок / Галина Козбур // Вісник ТНТУ. — Т. : ТНТУ, 2019. — Том 94. — № 2. — С. 145–155. — (Математичне моделювання. Математика). |
Bibliographic description (International): | Kozbur H. (2019) Metodyka prohnozuvannia hranychnykh staniv tonkostinnykh tsylindrychnykh trubok [Prediction technique for thin-walled cylindrical tubes boundary state]. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 94, no 2, pp. 145-155 [in Ukrainian]. |
Is part of: | Вісник Тернопільського національного технічного університету, 2 (94), 2019 Scientific Journal of the Ternopil National Technical University, 2 (94), 2019 |
Journal/Collection: | Вісник Тернопільського національного технічного університету |
Issue: | 2 |
Volume: | 94 |
Issue Date: | 25-Jun-2019 |
Submitted date: | 10-Nov-2019 |
Date of entry: | 17-Jan-2020 |
Publisher: | ТНТУ TNTU |
Place of the edition/event: | Тернопіль Ternopil |
DOI: | https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2019.02.145 |
UDC: | 620.171.3 |
Keywords: | великі деформації умови міцності тонкостінні циліндри складний напружений стан large deformations strength conditions thin-walled cylinders complex stress state |
Number of pages: | 11 |
Page range: | 145-155 |
Start page: | 145 |
End page: | 155 |
Abstract: | Переважна більшість конструктивних елементів та апаратів, що застосовуються в авіабудуванні, суднобудуванні, харчовій, хімічній та інших галузях промисловості – це циліндричні оболонки, що відрізняються матеріалом, співвідношенням товщини стінки до діаметру, конструкцією конструкції та призначенням. Осесиметричні тонкостінні оболонки обертання – це частини конструкцій, що характеризуються високою несучою здатністю і використовуються в різних галузях техніки. Тонкостінні циліндричні трубки, окрім використання безпосередньо як елементів конструкцій, становлять науково-практичний інтерес для моделювання поведінки елементів конструкцій інших геометричних форм в умовах складного напруженого стану. В роботі запропоновано методику прогнозування поведінки тонкостінних циліндричних трубчастих зразків металевих ізотропних матеріалів, навантажених внутрішнім тиском та осьовим розтягуючим зусиллям. Дослідження проведено в рамках безмоментної теорії для ділянки великих залишкових деформацій. Матеріал вважався ізотропним та нестисливим. Пружними деформаціями було знехтувано. Прийнято виконання гіпотез Кірхгофа-Лява теорії тонкостінних оболонок. Аналітично отримано умови граничної рівноваги пластичного деформування. Для виведення граничних співвідношень між залишковими відносними деформаціями та істинними напруженнями використано умови Дорна-Надаі початку процесу локалізації деформацій. Прослідковано вплив виду напруженого стану та показників геометрії тонкостінної трубки на величину граничних істинних напружень та залишкових деформацій. Аналіз отриманих умов показав зменшення ресурсу міцності матеріалу при наближенні значень співвідношень головних напружень до 0,5 та 2. Аналітично доведено, що при зменшенні впливу розтягуючого зусилля та наближенні напруженого стану до виду «внутрішній тиск» ресурс міцності тонкостінної циліндричної трубки стрімко спадає. Запропонована у статті методика прогнозування критичних значень напружень у стінках тонкостінних циліндрів удосконалює теоретичний та інженерний апарат для оцінки та запобігання небезпечних станів у конструкціях типу котлів, реакторів та трубопроводів. Thin-walled cylindrical tubes are used not only as structural elements but also cause great scientific-practical interest for modeling the behavior of structural elements with different geometrical shapes under complex stress state. The prediction technique for thin-walled cylindrical tubular samples of metal isotropic materials loaded by internal pressure and axial tensile strength is proposed in this paper. The investigation was carried out within momentless theory for large residual deformation areas. The material was considered to be isotropic and incompressible. Elastic deformations were neglected. The realization of Kirchhoff-Love hypothesis of thin-walled shell theory is accepted. The equilibrium boundary conditions of plastic deformation were obtained analytically. In order to derive the boundary relationships between residual relative strains and real stresses Dorn-Nadai conditions of the beginning of deformation localization process were used. The influence of stressed state and thin-walled tube geometry on the boundary real stresses and residual deformations values is observed. The analysis of the obtained conditions showed the decrease of the material strength resource when the values of primary stresses ratios approach to 0.5 and 2. It is proved analytically that with the reduction of the tensile strength and approximation of stressed state to the «internal pressure» type the strength resource of the thin-walled cylindrical tube sharply decreases. |
URI: | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/30550 |
ISSN: | 2522-4433 |
Copyright owner: | © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2019 |
URL for reference material: | https://doi.org/10.1016/0020-7403(84)90033-X https://doi.org/10.1016/0029-5493(77)90170-4 https://doi.org/10.1016/S0263-8231(96)00036-5 https://doi.org/10.1115/1.1308572 https://doi.org/10.1016/ https://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%E2%80%93Love_plate_theory https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2011.05.005 https://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%E2%80%93Love_plate |
References (Ukraine): | 1. Потапова Л. Б., Ярцев В. П. Механика материалов при сложном напряженном состоянии. Как прогнозируют предельные напряжения. М.: Машиностроение-1, 2005. 244 с. Трощенко В. Т., Лебедев А. А., Стрижало В. А. и др. Механическое поведение материалов при различных видах нагружения. К.: Логос, 2000. 571 с. 2. Гольденблат И. И., Копнов В. А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1971. 312 с. 3. Tomita Y., Shindo A., Nagai M. Axisymmetric deformation of circular elastic-plastic tubes under axial tension and internal pressure. International Journal of Mechanical Sciences. 1984. № 26. С. 437–444. https://doi.org/10.1016/0020-7403(84)90033-X 4. Баженов В. Г., Ломунов В. К. Экспериментально-теоретическое исследование процесса образования шейки при растяжении стального трубчатого образца до разрыва. Проблемы прочности и пластичности: межвуз. сб. Новгород: ННГУ, 2001. С. 35–41. 5. Григолюк Э. И., Кабанов В. Устойчивость оболочек. М.: Наука. 1978. 360 с. 6. Пикуль В. В. Cовременное состояние теории устойчивости оболочек. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2008. № 3. 7. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: учебник для вузов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. 512 с. 8. Middleton J, Owen DRJ. Automated design optimization to minimize shearing stress in axisymmetric pressure-vessels. Nuclear Engineering and Design. 1977; 44(3): 357e66. https://doi.org/10.1016/0029-5493(77)90170-4 9. Blachut J. Minimum weight of internally pressurised domes subject to plastic load failure. Thin-walled Structures 1997; 27(2): 127e46. https://doi.org/10.1016/S0263-8231(96)00036-5 10. Zhu L, Boyle JT. Optimal shapes for axisymmetric pressure vessels: a brief overview. Journal of Pressure Vessel Technology-transactions of the Asme 2000; 122(4): 443e9. https://doi.org/10.1115/1.1308572 11. Carbonari R. C., Muñoz-Rojas P. A., Andrade E. Q., Paulino G. H., Nishimoto K., & Silva E. C. N. Design of pressure vessels using shape optimization: An integrated approach. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2011. Volume 88 (5–7). Р. 198–212. https://doi.org/10.1016/ j.ijpvp.2011.05.005. 12. Kirchhoff–Love plate theory. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%E2%80%93Love_plate_theory. 13. Лебедев А. А., Ковальчук Б. И., Гигиняк Ф. Ф., Ламашевский В. П. Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии / под ред. А. А. Лебедева. К.: Ин Юре, 2003. 540 с. 14. Надаи А. Пластичность и разрушение твёрдых тел. Том 1 / под ред. Г. С. Шапиро. в 2-х томах. Москва: Иностранная литература, 1954. 647 с. 15. Фридман Я. Б. Механические свойства метал лов. Всесоюз. ордена Ленина научно-исслед. ин-т авиац. материалов. М.: ОБОРОНГИЗ. Гл. ред. авиац. лит., 1946. 424 с. 16. Хилл Роберт. Математическая теория пластичности / пер. с англ. Э. И. Григолюка. Москва: Гостехиздат, 1956. 407 с. 17. Каминский А. А., Бастун В. Н. Деформационное упрочнение и разрушение металлов при переменных процессах нагружения. К.: Наук.думка, 1985. 168 с. 18. Шкодзінський О. К., Козбур Г. В. Дослідження стійкості процесу пластичного деформування тонкостінної трубки в умовах складного напруженого стану. Вісник ТДТУ. 2009. Т. 14, № 3. С. 24–31. 19. Гігіняк Ф. Ф., Лєбєдєв А. О., Шкодзінський О. К. Міцність конструкційних матеріалів при малоцикловому навантаженні за умов складного напруженого стану: монографія. К.: Наукова думка, 2003. 270 с. |
References (International): | 1. Potapova LB, Yartsev VP Mechanics of materials under complex stress state. How to predict maximum stresses. M .: Mechanical Engineering-1, 2005. 244 p. Troschenko VT, Lebedev AA, Strizhalo VA et al. Mechanical behavior of materials under different types of loading. K .: Logos, 2000. 571 p. 2. Goldenblatt II, Kopnov VA Criteria for strength and ductility of structural materials. M .: Mechanical Engineering, 1971. 312 p. 3. Tomita Y., Shindo A., Nagai M. Axisymmetric deformation of circular elastic-plastic tubes under axial tension and internal pressure. International Journal of Mechanical Sciences. 1984. № 26. P. 437–444. https://doi.org/10.1016/0020-7403(84)90033-X 4. VG Bazhenov, VK Lomunov Experimental-theoretical study of the process of cervical formation in the extension of a steel tubular specimen to rupture. Problems of durability and plasticity: the intercollegiate. Sat. Novgorod: NNU, 2001. P. 35–41. 5. Grigolyuk E. I., Kabanov V. Stability of shells. M .: Science. 1978. 360 p. 6. Pikul VV The current state of the theory of stability of shells. Bulletin of the Far East Branch of the Russian Academy of Sciences. 2008. № 3. 7. Feodosiev VI Resistance of materials: a textbook for universities. M .: Science. See ed. Phys.-Math. Lit., 1986. 512 p. 8. Middleton J, Owen DRJ. Automated design optimization to minimize shearing stress in axisymmetric pressure vessels. Nuclear Engineering and Design. 1977; 44 (3): 357e66. https://doi.org/10.1016/0029-5493(77)90170-4 9. Blachut J. Minimum weight of internally pressured domes subject to plastic load failure. Thin-walled Structures 1997; 27 (2): 127e46. https://doi.org/10.1016/S0263-8231(96)00036-5 10. Zhu L, Boyle JT. Optimal shapes for axisymmetric pressure vessels: a brief overview. Journal of Pressure Vessel Technology-Transactions of the Asme 2000; 122 (4): 443e9. https://doi.org/10.1115/1.1308572 11. Carbonari R. C., Muñoz-Rojas P. A., Andrade E. Q., Paulino G. H., Nishimoto K., & Silva E. C. N. Pressure vessel design using shape optimization: An integrated approach. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2011. Volume 88 (5-7). R. 198–212. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2011.05.005. 12. Kirchhoff – Love plate theory. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%E2%80%93Love_plate theory. 13. AA Lebedev, BI Kovalchuk, FG Giginyak, and VP Lamashevsky, Mechanical Properties of Structural Materials under Complex Stress, Ed. AA Lebedev. K .: In Yure, 2003. 540 p. 14. Nadai A. Plasticity and destruction of solids. Volume 1 / ed. G. S. Shapiro. in 2 volumes. Moscow: Foreign Literature, 1954. 647 p. 15. Friedman Ya. B. Mechanical properties of metals. All-Union. order of Lenin scientific research. institute of aviation. materials. M .: OBORONGIZ. See ed. aviation. Lit., 1946. 424 p. 16. Hill Robert. Mathematical theory of plasticity / trans. with English. E. I. Grigolyuk.Moscow: Gostekhizdat, 1956. 407 p. 17. Kaminsky AA, Bastun VN Deformation hardening and fracture of metals at variable loading processes. K .: Scientific Thought, 1985. 168 p. 18. Shkodzinsky OK, Kozbur GV Investigation of the stability of the process of plastic deformation of a thin-walled tube under conditions of complex stress state. Bulletin of the TDTU. 2009. T. 14, No. 3. S. 24–31. 19. Giginyak FF, Lebedev AA, Shkodzinsky OK Strength of structural materials at low cycle load under conditions of complex stress state: monograph. K .: Scientific Thought, 2003. 270 p. |
Content type: | Article |
Appears in Collections: | Вісник ТНТУ, 2019, № 2 (94) |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
TNTUSJ_2019v94n2_Kozbur_H-Prediction_technique_for_145-155.djvu | 426,01 kB | DjVu | View/Open | |
TNTUSJ_2019v94n2_Kozbur_H-Prediction_technique_for_145-155.pdf | 3,76 MB | Adobe PDF | View/Open | |
TNTUSJ_2019v94n2_Kozbur_H-Prediction_technique_for_145-155__COVER.png | 1,28 MB | image/png | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.