Influence of initial imperfections of thin-walled cylindrical shells with loose aggregate on their bending stability
Authors: Петров Михаил Васильевич , Гоник Екатерина Григорьевна , Михайлов Борис Васильевич 
Published: January 2021

Экспериментально и теоретически исследовано предельное состояние при изгибе тонкостенных цилиндрических оболочек, имеющих начальные несовершенства геометрии. Изготовлены качественные образцы глубокой вытяжкой в матрице из листа и из трубы точением на токарном станке, имеющие геометрические несовершенства (толщины, диаметров). Материал образцов: алюминиевые сплавы 3004 и Д16Т. Перед испытанием образцы тщательно измерялись и обследовались на наличие дефектов. Изготовлен специальный стенд, к которому жестко одним концом крепились образцы, другой конец был свободным. На свободный конец прикладывалась ступенями поперечная сила до потери устойчивости. Испытывались пустые и заполненные железным порошком образцы. Фиксировались нагрузка и прогиб свободного конца образца индикатором часового типа ИЧ-10. Получены линейные зависимости прогиба от нагрузки, устойчивость терялась в упругости. Численные расчеты выполнялись в программном комплексе «Динамика-3». Для расчетов принимались идеальные образцы. Сопоставив критические нагрузки, полученные экспериментами и численными расчетами, судили о влиянии начальных несовершенств на предельное состояние. Численно рассчитанная критическая сила была всегда больше экспериментального значения. Начальные несовершенства образцов снижали критическую силу от 2,3% до 32,5%. У образцов с небольшими вмятинами в зоне потери устойчивости критическая сила уменьшилась в 1...2 раза. У заполненных железным порошком образцов критическая сила была больше до 40,5%, чем у пустых.
The limit state for bending thin-walled cylindrical shells with initial geometry imperfections has been studied experimentally and theoretically. High-quality samples are made by deep drawing in a matrix from a sheet and from a pipe by turning on a lathe, which have geometric imperfections (thickness, diameter). The material of the samples is aluminum alloys 3004 and D16T. Before testing, the samples were carefully measured and examined for defects. A special stand was made, to which samples were rigidly attached at one end, while the other end was free. A transverse force was applied to the free end in steps until it lost stability. Empty and iron-powder-filled samples were tested. The load and deflection of the free end of the sample were recorded by an ICH-10 clock type indicator. Linear dependences of the deflection on the load were obtained; stability was lost in elasticity. Numerical calculations were performed in the Dynamics-3 software package. Ideal samples were taken for calculations. Comparing the critical loads obtained by experiments and numerical calculations, we judged the effect of initial imperfections on the limit state. The numerically calculated critical force was always greater than the experimental value. Initial imperfections of the samples reduced the critical force from 2.3% to 32.5%. For samples with small dents in the zone of loss of stability, the critical force decreased by 1..2 times. In iron powder-filled samples, the critical force was greater by up to 40.5% than in empty samples.