 |
|
Понятие о явлении потери устойчивости и критической нагрузке
Раздел 2 Методы расчета и техника конструирования сосудов и аппаратов при потере устойчивости формы.
Лекция №3
Введение
Бурное развитие отечественной техники и промышленности, борьба за экономию материалов при соблюдении высокой прочности, легкости и экономичности конструкций привели к широкому и смелому применению тонких пластин и оболочек во многих областях техники. Например, без балочные перекрытия громадных цехов, театров, стадионов часто выполняются в виде эллипсоидальных, сферических куполов и цилиндрических сводов или в виде сочетания их. Различные комбинации пластин и оболочек являются конструктивными элементами самолетов, судов и ракет. В подводных лодках применяются цилиндрические и сферические оболочки. Цилиндрические, конические, сферические и эллиптические оболочки, как было сказано ранее, входят в конструктивные элементы различных аппаратов нефтегазопереработки, котлов, различных баллонов, резервуаров и т.д.
Такое широкое применение оболочек и пластин в технике в свою очередь вызвало необходимость создания надежных современных методов расчета тонкостенных конструкций на прочность и особенно на устойчивость.
Обычно потеря устойчивости системы сопровождается большими перемещениями, возникновением пластических деформаций или разрушением. Особая опасность потери устойчивости заключается в том, что она происходит внезапно и при низких значениях напряжений, когда прочность материала еще далеко не исчерпана.
С момента наступления критического состояния до момента разрушения деформациисистемы нарастают крайне быстро, и практически нет времени принять меры по предотвращению грозящей катастрофы.
Таким образом, при расчете на устойчивость критическая нагрузка подобна разрушающейпри расчете на прочность.
Поэтому наряду с анализом прочности и жесткости необходим анализ устойчивости конструкции. Для таких конструкций роль расчетов на устойчивость существенно возросла, ибо разрушение конструкции чаще всего связано с потерей ее общей устойчивости или потери устойчивости отдельных ее элементов.
В связи с этим предъявляются повышенные требования к качеству проектирования подобных конструкций, основанного на возможности предсказания их поведения при воздействии тех или иных внешних нагрузок. На практике часто бывает необходимо знать, каким образом и при каком значении внешней нагрузки произойдет процесс потери их устойчивости.
Поэтому существует объективная необходимость в теоретическом изучении и практическом осмыслении явления потери устойчивости.
При этом представляет интерес исследование зависимости:
- критических нагрузок;
- форм потери устойчивости
от различных параметров, характеризующих:
а) свойства материала тонкостенной конструкции;
б) геометрию оболочки (длину, диаметр, толщину стенки).
Объектомисследования в данном разделе являются тонкостенные цилиндрические оболочки, находящиеся под воздействием наружного давления и осевой сжимающей силы, которая может привести к потере устойчивости оболочки.
Понятие о явлении потери устойчивости и критической нагрузке
Потерей устойчивостиназывают явление, при котором при определенных значениях внешних нагрузок может произойти внезапная потеря несущей способности тонкостенных конструкций, которая сопровождается резким ростом прогибов и деформаций. Оно связано обычно с возникновением новых форм равновесия конструкции при значительных отклонениях от первоначального положения.
Одной из основных причин потери устойчивости считается появление напряжений сжатия в тонкостенных сосудах, зачастую меньших, чем допускаемые напряжения сжатия или растяжения.
При этом потеря устойчивости может возникнуть даже тогда, когда в оболочках образуются только зоны действия сжимающих напряжений. При наличии в рабочих условиях напряжений сжатия даже в одном каком - либо направлении оболочки она должна подвергаться расчету на устойчивость
Наименьшие напряжения сжатия, при которых оболочка уже теряет устойчивость формы, называют критическими.
Нагрузки (силы, моменты, давления), вызывающие критическое напряжение, также называют критическим, т..е критические нагрузки – нагрузки, превышение которых вызывает потерю устойчивости первоначальной формы оболочки.
Устойчивость – способность тела сохранять положение или формуравновесия при сравнительно малых возмущающих воздействиях.