Експериментальне визначення впливу рідини на власні коливання тонкостінних оболонок - Автореферат

Тонкостінні оболонкові конструкції можуть знаходитись в робочих умовах у контакті з рідиною (транспортування рідини, заповнення і зливу рідини у пружних цистернах і баках різної форми, реактори атомних електростанцій і т.ін.). В процесі експлуатації такі системи попадають під вплив різних за своїм характером динамічних навантажень, які можуть викликати інтенсивні коливання як системи оболонка-рідина, так і всієї конструкції. При теоретичних дослідженнях в ряді випадків неможливо одночасно урахувати важливі фактори, які впливають на власні коливання системи оболонка-рідина (прогин поверхні при частковому заповненні рідиною, відрив рідини від поверхні оболонки, дисипація рідиною). Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці нового підходу для дослідження динамічних характеристик оболонок з рідиною; Реалізований в роботі підхід має широкі можливості для дослідження динамічних характеристик оболонок різної форми і структури з рідиною при різних граничних умовах і може бути використаний для оцінки допущень побудованих теоретичних моделей та оцінки точності чисельно-аналітичних методів розвязання відповідних класів задач, а також при аналізі поведінки конкретних конструктивних елементів.У першому розділі подано огляд літературних джерел, в яких містяться дослідження, присвячені проблемі динамічної поведінки оболонок з рідиною. Аналіз основних робіт, в яких викладено конкретні постановки крайових задач, розроблені математичні моделі і експериментальні методи для вивчення спільного руху тіл, які взаємодіють з рідиною, а також аналітичні і чисельні методи розвязку задач гідродинаміки обмеженого обєму рідини, дав змогу встановити окреме місце і відношення власних досліджень автора до вже відомих результатів, здійснити аргументацію постановки задачі і підходу до досліджень. Проведено аналіз експериментальних методів досліджень вібрацій оболонок, вказані їх недоліки та переваги. Частота вибраної власної форми визначалась частотоміром з точністю до 1 Гц в залежності від рівня заповнення оболонки рідиною. Експериментально підтверджено, що зі зміною довжини оболонки змінюється мінімальна основна частота і відповідна їй форма, а також мінімальній частоті не завжди відповідає найпростіша форма коливань.

Короткий зміст роботи

Розроблено високоточний ефективний експериментальний підхід для дослідження динамічних характеристик закріплених оболонок з рідиною.

На основі методу стробоголографічної інтерферометрії проведено комплексне дослідження частот, форм та амплітуд коливань консольно закріплених оболонок з рідиною.

Одержано спектр частот і форм коливань оболонок з кількістю півхвиль вздовж твірної m = 1,2 та кількістю півхвиль по колу n = 4? 18 з параметрами L/R = 2,49; 2,09; 1,66 при рівнях заповнення від H/L = 0 до H/L = 1.

Установлено, що з підвищенням рівня заповнення оболонки рідиною величина частоти змінюється немонотонно. Значення частоти знаходиться на горизонтальному плато або зменшується. Максимальне зменшення власних частот досягає 48% для m = 1; n = 4 і 42% для m = 2; n = 4 при повністю заповненій оболонці.

Для форм коливань m = 1; n = 10? 18 із зміною глибини заповнення неперервно змінюється координата максимального вібропереміщення стінок оболонки в межах Z/L = 1 ч 0,23. Зміна координати стає більшою із зростанням параметра L/R і числа півхвиль по колу n. Оскільки частоти резонансних коливань чутливі до малих змін форми коливань, точний теоретичний розрахунок вимагає урахування цих змін при повному і частковому заповненні оболонки рідиною.

З підвищенням рівня заповнення форма коливань, яка відповідає нижчій частоті, може змінитися, тобто зменшиться кількість півхвиль по колу, оскільки вплив рідини на власні частоти оболонки з малим числом n більш значний, ніж вплив на частоти форм коливань з більш високим числом n.

Установлено, що зі збільшенням параметра L/R відношення частоти даного рівня заповнення до мінімальної частоти того ж рівня заповнення змінюється монотонно. Відношення монотонно спадає для форм коливань з m = 1; n = 4, 6 і m = 2; n = 4? 8 та монотонно зростає для m = 1; n = 8? 18 і m = 2; n = 10? 18.

Для форм коливань оболонки з числом півхвиль m = 2; n = 4? 18 зі збільшенням рівня заповнення положення вузлового кола неперервно зміщується відносно положення вузлового кола незаповненої оболонки. Вплив рідини на положення вузлового кола зростає із збільшенням числа півхвиль по колу n. Максимальне зміщення у напрямку днища оболонки для L/R = 2,49; 2,09; 1,66 з кількістю півхвиль m = 2; n = 4 відповідно дорівнює 0,11L; 0,07L, 0,04 L, а для m = 2; n = 18 - 0,39L; 0,35L; 0,34L.

Встановлено, що для форм коливань m = 2; n = 4? 18 відношення амплітуд у верхній і нижній пучностях змінюється в 1 - 5,13 раз.

Експериментально підтверджено той відомий факт, що зі зміною довжини оболонки змінюється мінімальна основна частота і відповідна їй форма, а також мінімальній частоті не завжди відповідає найпростіша форма коливань.

Запропонований підхід має широкі можливості для дослідження динамічних характеристик оболонок з рідиною при інших граничних умовах і може бути використаний для оцінки допущень побудованих теоретичних моделей та оцінки точності чисельно-аналітичних методів розвязання відповідних класів задач.

Публікації за матеріалами дисертаційної роботи

Будак В.Д., Золотой Ю.Г., Овчаренко А.В. Колебания круговой цилиндричекой оболочки, заполненной жидкостью. Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 1998. - №4 (352). - С. 96-101.

Будак В.Д., Овчаренко А.В. Экспериментальное определение влияния жидкости на собственные колебания тонкостенной цилиндрической оболочки. Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 1999. - №1 (361). - С. 134-139.

Будак В.Д., Овчаренко А.В., Исследования резонансных свойств цилиндрической оболочки, заполненной жидкостью. Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 1999. - №2 (362). - С. 111-118.

А.с. 1754456 СССР НГПИ В 28 В 1/10, 1/08. Установка для формирования изделий из дисперсионных смесей / В.И. Гуйтур, В.Д. Будак, А.В. Овчаренко, Н.В. Цепух. - №4841372/33. Заявлено 21.06.90. Опубл. 15.08.92. Бюл. №30.

Размещено на .ru