BADANIA DOŚWIADCZALNE STATECZNOŚCI MAŁO WYNIOSŁYCH, STALOWYCH POWŁOK SFERYCZNYCH OBCIĄŻONYCH CIŚNIENIEM

Cienkie powłoki stalowe w postaci wycinka sfery obciążone ciśnieniem zewnętrznym wykazują tendencje do utraty stateczności w fazie poprzedzającej wy-czerpanie nośności plastycznej. Zjawisko wyboczenia powłok sferycznych było przedmiotem badań wielu autorów, a wyniki dotychczasowych badań teoretycznych i doświadczalnych zostały wykorzystane w zaleceniach projektowych wydanych w 2008 roku przez ECCS [9]. W pracy przedstawiono badania eksperymentalne wykonane na specjalnie w tym celu zaprojektowanym stanowisku badawczym. Próbki do badań zostały wykonane techniką wyoblania z blach przeznaczonych do głębokiego tłoczenia. Zinwentaryzowano geometrię początkową każdej z powłok za pomocą skanowania 3D i wykonano badania materiałowe stali użytej do wykonania powłok. Ciśnienie wymuszano za pomocą kompresora powietrza, a pomiary przemieszczeń były wykonywane przy zastosowaniu optycznego systemu pomiarowego Pontos-Aramis. Rejestrowano formy deformacji całej powłoki w trakcie stopniowego wzrostu ciśnienia także po utracie stateczności. Wszystkie dane pomiarowe rejestrowano automatycznie za pomocą dwóch komputerów. Wynikiem każdego z eksperymentów była nieliniowa ścieżka równowagi w postaci zależności ciśnienia od wybranego parametru przemieszczeniowego. W artykule zaprezentowano porównanie otrzymanych wartości ciśnień krytycznych z wynikami symulacji numerycznych wykonanych systemem COSMOS/M dla geometrii nominalnej oraz porównanie z wartościami nośności wyboczeniowych wynikających z zapisów EDR5th ECCS [9] oraz z propozycji przedstawionej w pracy [3].

Pełny tekst (pdf)

[1]  Adam H.P., King P.A.: Experimental Investigation of the Stability of Monocoque Domes Subjected to External Pressure. Experimental Mechanics, 5, 1965, pp. 313-320.

[2]  Blachut J.: Shallow spherical caps under external pressure. XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics. Warsaw, Poland, August 15-21, 2004.

[3]  Błażejewski P., Marcinowski J.: Buckling capacity curves for pressurized spherical shells. In: Recent Progress in Steel and Composite Structures: proceedings of the XIII International Conference on Metal Structures - ICMS 2016. Zielona Góra, Poland, 2016. London: Taylor & Francis Group, 2016, s. 401-406.

[4]  Deml M., Wunderlich W.: Direct evaluation of the “worst” imperfection shape in shell buckling, Comp. Meth. Appl. Mech. Eng. 149, 1997, pp. 201-222.

[5]  Homewood R.H., Brine A.C., Johnson A.E.Jr.: Experimental Investigations for the Buckling Instability of Monocoque Shells. Proc. Soc. Experimental Stress Analysis 18, 1961, pp. 88-96.

[6]  Kaplan, A. & Fung, Y. C.: A nonlinear theory of bending and buckling of thin elastic shallow spherical shells. U. S. N. A. C. A. Technical Note 3112, 1954.

[7]  Krenzke M.A., Kiernan T.J.: Elastic Stability of Near-Perfect Shallow Spherical Shells. AIAA Journ. 1, 1963, pp. 2855-2857.

[8]  Krenzke M.A., Kiernan T.J.: Tests of Stiffened and Unstiffened Machined Spherical Shells Under External Hydrostatic Pressure. Structural Mechanics Laboratory Research and Development Report, August 1963, Report 1741.

[9]  Rotter J. M., Schmidt H.: Buckling of Steel Shells. European Design Recommendations 5th Edition. Published by ECCS, 2008.

[10]  Seaman L.: The Nature of Buckling in Thin Spherical Shells. Watertown Arsenal Laboratories, Monograph Series No 46, 1962.