Экспериментальное исследование влияния сыпучего материала на устойчивость при изгибе тонкостенных оболочек с сыпучим заполнителем

Экспериментально изучено влияние сыпучего заполнителя на устойчивость при изгибе тонкостенных цилиндрических оболочек. Для исследования образцы выполнялись из алюминиевого сплава 3004 в состоянии Н19. Образцы закреплялись консольно, на свободный конец их прикладывалась вертикальная сосредоточенная поперечная сила. Испытывались пустые и заполненные железным порошком образцы, по десять образцов для каждой серии. Нагружение образцов выполнялось ступенчато, порциями по 10Н, при приближении к моменту потери устойчивости нагружали по 1Н и менее. На каждой ступени нагружения фиксировали усилие, прогиб свободного конца образца, деформацию в продольном направлении. Построены графики зависимости перемещения свободного конца образца от поперечной силы. Критическая сила определялась моментом резкого увеличения перемещения свободного конца образца. Устойчивость образцов терялась в упругости. Графики для пустых и заполненных образцов для каждой серии почти совпадают до потери устойчивости пустых образцов. Это значит, что в момент потери устойчивости пустого образца начинается образование вмятины, направленной к продольной оси, а для заполненных образцов образованию вмятин препятствует сыпучий материал, поэтому критическая сила увеличивалась. Влияние сыпучего заполнителя рассмотрено по приближенной зависимости [24] для автоцистерн, изготавливаемых на предприятии. Критическое напряжение для цистерны с заполнителем определяется суммой критического напряжения для пустой оболочки с напряжениями, создаваемыми весовой нагрузкой и гидростатическим давлением сыпучего наполнителя. Расчет критических напряжений показал, что для модельных образцов сыпучий наполнитель увеличивает значение критического напряжения на 8,3 %, для натурной цистерны - на 62 %. Изучено влияние на устойчивость различных сыпучих наполнителей: речного песка, железного и медного порошков при разной степени наполнения образцов. С увеличением плотности порошков и объема наполнения значение критической силы возрастало. Для образцов, заполненных на 90 % объема речным песком, критическая сила увеличивалась на 13 %, для заполненных железным порошком - увеличивалась на 41 %, для заполненных медным порошком - на 43 %.