Материал: Прочность, устойчивость, колебания. Т. 3

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

606

 

Теория аэрогидроупругости

 

 

мы уравнений. Линии

<р4 = сопз1 и <р± = соп$1 для частного

случая

панели

с параметрами

у = 1 ;

=

1; р = — 0.125 показаны на

рис.

24. При

этом параметры

6^ и р определяются соотношениями

 

 

 

 

 

ЬЧу

 

 

 

 

 

п*н

 

 

там же показана граница устойчивости (сплошная жирная кривая).

 

Возможен случай,

когда ё ^ О . Таков, например, случай свободно сме­

щающихся кромок у = 0 и у = Ь \

Здесь имеется область па плоскости пара­

метров ц, 0, в которой нсвыпучениая панель будет устойчива. При этом имеется возможность прощелкивания панели. Область наиболее вероятного прощслкивания панели на рнс, 25 заштрихована.

Вышеприведенные результаты были получены при использовании поршневой теории для учета аэродинамического давления. Учет воздей­ ствия потока по более точным теориям не изменяет качественной кар* тины явления [56]. Вопросы температурного выпучивания панелей в потоке газа рассматривались в работах [13, 16, 53, 55, 82].

Установившийся флаттер панелей. Разрушение панелей, колеблю­ щихся в потоке газа, не носит катастрофического характера, а насту­ пает вследствие накопления усталостных повреждений. Для предсказа­ ния времени возможного разрушения панели необходимо знать в пер­ вую очередь амплитуды колебаний в области флаттера. Для оценки амплитуд колебаний могут быть применены известные методы теории нелинейных колебаний: метод гармонического баланса, метод малого па­ раметра, метод последовательных приближений и др. В области, при­ мыкающей к границе флаттера, удобен метод малого параметра. В более широкой области надежные результаты дает метод гармонического ба­ ланса (метод тригонометрических рядов).

Нелинейные задачи панельного флаттера

507

Решение по методу малого параметра. Решение уравнений флаттера в первом приближении имеет вид [11]

Ф! = А СОЗ (I)*!; Ф2 = А (-С 0 5 С0*Т — ЗН1

здесь

х = ■

0), — частота флаттера, определяемая формулой

_1_

т2 , П 2 \ а

Критический параметр скорости вычисляют по формуле

й | — а ? ш = — §— •

Амплитуду определяют по формуле

8

3 «о — ^ о

где

.

.

27 ,

2 Д2ЛЮ

/ А \2 I

Со=с24+ с 22—

сп — сгу, Ьо=

- 1792" ( ^ + 1)

^ ^,2Л2„6

Роа

(75)

(76)

Выписанные формулы получены в предположении о малости затуха­ ния в системе. Парциальные частоты и й 2 для пластинки, нагружен­ ной усилиями Ых и Nу, можно найти из соотношений

° 1 =

(1 +

т Т

-

{^х +

т2Ни)\

й | =

(4 +

т2у

-

(4ЫХ +

г п ^ и),

а для пластинки, подверженной воздействию температурного поля, — из соотношений [16]

п 2 = ( 1 + ш2)2 - 5 и 0;

&2 = ( 4 + т 2 ) 2 521° *

Характер решения вблизи |х = р.# зависит от знака выражения

с0— р360.

Если с0 — ц360> 0 , то

на границе

флаттера мы

имеем

«мягкое»

возбуждение (постепенное

нарастание

амплитуды);

если

с0 — р,360 < 0, то возбуждение будет «жестким» (возбуждение скачком).

Зависимость амплитуды А от скорости потока показана на рис. 26 для двух случаев: 1) абсолютно податливого стержневого набора (Р* =

= Ву =

0),

(сплошные

линии); 2) абсолютно жесткого стержневого

набора

(Р* =

р ^ = 1),

(штриховые линии). Реальное закрепление об­

шивок,

подкрепленных стержневым набором, соответствует некоторому

508

Т е о р и я а э р о ги д р о у п р у го с т и

 

 

промежуточному

случаю.

Результаты относятся

к

квадратной па­

нели т =

1; ^ =

0,25;

Ых — Nу = 0;

Е =

2* 104 КН'СЛС2,

обтекаемой потоком воздуха (и =

1,4; р0 = 10 н-лГ 2).

Сравнение результатов первого (кривая 1), второго (кривая 2) приближения по методу малого параметра и метода гармонического баланса (кривая 3) показано на рис. 27.

Применение метода гармонического баланса при некоторых упро­ щающих предположениях приводит к формуле, совпадающей с фор­ мулой (75) с точностью до членов, содержащих Л13. При этом решение ищут в виде тригонометрических рядов с учетом того, что начальная фаза решения для установившихся колебаний несущественна.

Решение

по методу гармонического баланса можно найти в рабо­

тах [8, 16,

53].

Дополнительные библиографические указания. Нелинейные задачи для защемленной панели рассмотрены в статье [42], а для трехслойной панели — в статьях [1, 2, 3, 84]. Нестационарные задачи панельного флаттера являются предметом работ [17, 54, 57]. Решение нелинейных уравнений панельного флаттера при помощи электронных моделиру­ ющих машин описано в статьях [8, 59]. Флаттер цилиндрических обо­ лочек, наполненных жидкостью и обтекаемых сверхзвуковым потоком газа, рассмотрен в статье [71].

КОЛЕБАНИЯ УПРУГИХ ТЕЛ, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ С жидкостью

Здесь ограничимся лишь библиографическими указаниями. Коле­ баниям тел, содержащих жидкость, посвящено большое количество работ [25, 51, 52, 65, 72]. Колебания стержней с полостью, частично заполненной жидкостью, рассмотрены в работах [24, 26, 64, 86]. Неосе­ симметричные колебания цилиндрических оболочек, содержащих жид­ кость, описаны в работах [65, 91 ], а осесимметричные — в работах [72, 73].

Имеется много работ, посвященных устойчивости труб при проте­ кании внутри них жидкости. Задача об устойчивости двухслойной цилиндрической оболочки, в полостях которой течет жидкость, решена в работе [58].

Л и т е р а т у р а

509

ЛИТЕРАТУРА

 

1. А м б а р ц у м я н С. А., Б а г д а с а р я н

Ж Е. Об устойчивости

ортотропных пластинок, обтекаемых сверхзвуковым потоком газа. «Изв. АН

СССР,

ОТН, Механика н

машиностроение», 1961, №

4.

2.

А м б а р ц у м я н

С. А., Б а г д а с а р я н

Ж- Е. Об устойчи­

вости нелинейно упругих трехслойных пластинок, обтекаемых сверхзвуковым потоком газа. «Изв. АН СССР, ОТН, Механика и машинострдение», 1961, № 5.

3.

Б а г д а с а р я и Ж. Е.

Об устойчивости трехслойной ортотропной

пластинки в сверхзвуковом потоке газа. «Изв. АН

Армянской ССР (физико-

математические

науки)». Т.

14,

1961,

№ 5.

X а л ф м э и Р. Л. Аэро­

4.

Б и с п л и н г х о ф ф

Р. А., Э ш л и X.,

упругость. М.,

ИЛ,

1958.

 

 

и устойчивость упругой цилиндри­

5.

Б о л о т и н

В. В. Колебания

ческой оболочки в потоке сжимаемой жидкости. Инженерный сборник. Т. 24, 1956.

6. Б о л о т и н В. В. К вопросу об устойчивости пластинки в потоке сжимаемого газа. Сб. «Вопросы прочности материалов и конструкций». Изд-во АН СССР, 1959.

7.

Б о л о т и и

В.

В. О критических скоростях в нелинейной теории

аэроупругостн.

Научные

доклады высшей школы. «Машиностроение и при­

боростроение»,

1958,

3.

8.

Б о л о т и н

В.

В. и др. Нелинейные задачи устойчивости плоских

панелей

при больших сверхзвуковых скоростях. «Изв. АН СССР, ОТН, Меха­

ника

и

машиностроение»,

1959, № 3.

9.

Б о л о т и и В. В.

О применении вариационного метода Галеркина

кзадачам флаттера упругих панелей. «Изв. вузов. Машиностроение», 1959,

11.

10. Б о л о т

и н В. В.

Некоторые новые задачи динамики оболочек.

Сб. «Расчеты на

прочность».

Вып. 4. Машгиэ, 1959.

11.Б о л о т н н В. В. Нелинейный флаттер пластин и оболочек. Инже­ нерный сборник. Т. 28, 1960.

12.Б о л о т и и В. В. и др. О вибрациях проводов воздушных л и н и й

электропередачи и о борьбе

с

ними. Труды

Московского энергетического

института. Вып. 32. Изд. МЭИ, 1959.

 

13.

Б о л о т и н

В. В.

Температурное выпучивание пластин и пологих

оболочек в сверхзвуковом

потоке газа. Сб. «Расчеты на прочность». Вып. 6.

Машгиэ,

1960.

В.

В.

О

применении

«закона плоских сечений» для

14.

Б о л о т и н

определения аэродинамических сил, действующих на колеблющиеся оболочки. «Изв. АН СССР, ОТИ. Механика и машиностроение». 1961, № 1.

15.

Б о л о т и н В.

В.

Неконсервативные задачи теории упругой устой­

чивости.

М., Фнзматгнз,

1961.

Ю. Н.

Выпучивание и устано­

16.

Б о л о т и и В. В.,

Н о в и ч к о в

вившийся флаттер термически сжатых панелей,

находящихся в сверхзвуко­

вом потоке. «Инженерный журнал». Т. 1.

Вып.

2.

1961.

17.Б о л о т н и В. В. Нестационарный флаттер пластин и пологих обо­ лочек о потоке газа. «Изо. АН СССР. ОТН, Механика и машиностроение», 1962, № 3.

18.Б о л о т и н В. В. О поведении нагретых пластин и оболочек в по­

токе газа. «Инженерный журнал». Т. 2. Вып. 3. 1962.

Л. М.

Ш в е й -

19.

Б р у с и л о в с к и й

А. Д., М е л ь н и к о в а

ко Ю. Ю. Колебания и устойчивость цилиндрической

оболочки

в потоке

газа. «Инженерный журнал». Механика твердого тела,

1966, № 1.

 

20.

В о л ь м и р

А. С.

Устойчивость

упругих систем. М., Физматгиэ,

1963.

Г р и г о л го к

Э. И., Л а м п е р

Р. Е.,

Ш а н д а р о в

Л. Г.

21.

Некоторые теоретические и экспериментальные исследования автоколебаний криволинейных панелей в потоке газа. Сб. «Теория оболочек и пластин». Труды IV Всесоюзной конференции. Ереван, нзд-оо АН Армянской ССР, 1964.

22.

Г р и г о л ю к

Э. И.,

М и х а й л о в

А. П. Трехслойная

прямо­

угольная пластина в сверхзвуковом потоке газа.

ДАН СССР, 165, № 6, 1964.

23.

Г р н г о л ю к

Э. И.,

Л а м п е р Р.

Е., Ш а н д а р о в

Л. Г.

Флаттер панелей и оболочек. Итоги науки. Механика. Изд-оо АН СССР, 1963.

24.

Г р о с с м а и Е. П. н П а н о в к о Я. Г.

Упругие

колебания

частей

самолета. Л.. Ленинградская Военно-воздушная

Академия,

1947.

25.Д о к у ч а е в Л. В. Решение краевой задачи о колебаниях жидкости

вконических полостях. ПММ. Т. 28. Вып. 1, 1964.

26.Д о к у ч а е в Л. В. Об уравнениях упругих колебаний полости,

частично заполненной жидкостью. «Изо. АН СССР, Механика», 1965, № 3.

510

 

 

Л и т е р а т у р а

27.

И л ь ю ш и н

А. А.

Закон плоских сечений а аэродинамике боль­

ших сверхзвуковых скоростей. ПММ. Т. 20. Вып. 6, 1956.

28.

К о п з о н Г. И. Гармонические

колебания упругих пластин о до­

звуковом потоке. «Изв.

АН

СССР, ОТН»,

1956, № 2.

29.К у д р я в ц е в Е. П. О колебаниях коаксиальных упругих цнлипрических оболочек, между которыми течет сжимаемая жидкость. Сб. «Тео­ рия оболочек и пластин». Труды IV Всесоюзной конференции. Ереван, нзд-во АН Армянской ССР. 1964.

30.К У д р я в ц е в Е. П. О колебаниях бесконечно длинной упругой цилиндрической оболочки, обтекаемой потоком сжимаемого газа. «Изв. АН

СССР, ОТИ, Механика и машиностроение», 1964, № 6.

31.Л а й т х и л л М. Д ж. Колебания профилей при больших числах М. Сб. «Механика*. М., ИЛ, № 5, 1954.

32. Л а м п е р Р. Е. Устойчивость

взаимного движения двух сред.

«Изв. вузов. Авиационная техника», 1959,

№ 4.

33.Л а м п е р Р. Е. Устойчивость упругой полосы в потоке газа. «Изв. вузов. Авиационная техника», 1960, № 3.

34.Л а м п е р Р. Е. О применении некоторых аэродинамических тео­ рий к расчету флаттера панели. ПМТФ, 1960, № 2.

35. Л а м п е р Р. Е., Ш ан д а р о в Л. Г. Расчет н эксперименталь­ ное исследование автоколебаний цилиндрических оболочек и панелей в потоке

газа. «Изо. АН СССР. ОТИ,

Механика и машиностроение»,

1963, № 3.

36.

Л и в а н о в

К. К.

Устойчивость защемлениой панели в сверхзву­

ковом потоке. Инженерный сборник. Т. 25, 1959.

цилиндрических

37.

Л и в а н о в

К. К.

Осесимметричные колебания

оболочек в сверхзвуковом потоке газа. «Инженерный журнал». 1963, Т. 3, № 2. 38. Л и с у н о в А. Д. Флаттер панели в потоке сжимаемой проводящей

жидкости в присутствии магнитного поля. ПМТФ,

1960, № 4.

39. М а й л с

Д ж.

Потенциальная теория

нсустановнвшихся сверх­

звуковых течений.

М.,

Физматгиз, 1963.

 

40.М а к а р о в Б. П. Об устойчивости защемленных пластин в потоке сжимаемого газа. «Изв. вузов. Машиностроение», 1961, № 1.

41.М а к а р о в Б. П. О нелинейном флаттере пластин, защемленных по контуру. Труды конференции по теории пластин и оболочек. Казань. КФ АН СССР, 1961.

42.М а к а р о в Б. П. Амплитуды установившегося флаттера защем­ ленных панелей. «Изв. вузов. Машиностроение». 1961, Кг 5.

43.

М а р е й н Н.

С.

Определение подъемной силы для кругового ци­

линдра,

колеблющегося

в

потоке жидкости. Труды Московского энергети­

ческого института. Вып. 32. Изд. МЭИ, 1959.

44.

М а х о р т ы х

Ж.

К. Устойчивость многопролетной панели, дви­

жущейся в газ. «Изв. АН СССР, ОТН, Механика п машиностроение», 1959, № 2.

45.

М а х о р т ы х

Ж-

К- Колебания двухпролетной панели в газовом

потоке. Инженерный сборник. Т. 28, 1960.

46.

М и к и ш е в

Г. Н.

Экспериментальное исследование автоколебаний

квадратной пластины б сверхзвуковом потоке. «Изв. АН СССР, ОТН, Меха­ ника н машиностроение». 1959, Кг 1.

47.

М о в ч а н

А. А.

О колебаниях пластинки, движущейся в газе.

ПММ. Т. 20.

Вып. 2. 1956.

Об устойчивости панелей, движущихся в газе.

48.

М о в ч а н

А. А.

ПММ. Т. 21.

Вып. 2, 1957.

49.

М о в ч а н

А. А.

Устойчивость лопатки, движущейся в газе. ПММ.

Т.21. Вып. 5. 1957.

50.М о в ч а н А. А. О влиянии аэродинамического демпфирования на сверхзвуковой флаттер обшивки. «Изв. АН СССР, ОТН, Механика и машино­ строение», 1960, Кг 1.

51.М о и с е е в Н. Н. К теории колебаний упругих тел, имеющих жид­ кие полости. ПММ. Т. 23. Вып. 5, 1959.

52.

М о и с е е в

Н. Н., Р у м я н ц е в

В. В. Динамика тела с поло­

стями,

содержащими

жидкость. М., «Наука»,

1965.

53.Н о в и ч к о в Ю. Н. Устойчивость и автоколебания плоских и кри­ волинейных панелей в потоке газа. Труды 111 Всесоюзной конференции по теории пластин и оболочек. Киев, 1962.

54.Н о в и ч к о в Ю. Н. Об устойчивости решений в задаче о флаттере

панелей. «Изв. АН СССР, ОТН, Механика и машиностроение», 1962, № 4.

55.Н о в и ч к о в 10. Н. О решении уравнений установившегося флат­ тера цилиндрических панелей. «Инженерный журнал». Т. 2. Вып. 4, 1962.

56.Н о в и ч к о в Ю. Н. О применении трехмерной аэродинамической теории к задачам выпучивания и флаттера панелей. «Изв. АН СССР, ОТН. Механика и машиностроение», 1963, № 3.

Источник: https://studfile.net/preview/19992756/