sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2021-18-3-342-350sibadi-1279Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАCONSTRUCTION AND ARCHITECTUREИсследование потери устойчивости цилиндрической оболочки, выполненной из композиционного материалаStudy of stability loss of cylindrical shell made of composite materialhttps://orcid.org/0000-0003-3234-0977АдеговаЛ. А.AdegovaL. A.

Адегова Людмила Алексеевна – кандидат технических наук, доц. кафедры Строительная механика, Scopus Author ID: 57213838719.

630008, Новосибирск, ул. Ленинградская, 113

Ludmila A. Adegova, Cand. of Sci., Scopus Author ID: 57213838719, Associate Professor of the Construction Mechanics Department.

Novosibirsk, Leningradskaia, 113, tel. +79139535775

I.adegova@sibstrin.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3565-7294БобрышеваМ. В.BobryshevaM. V.

Бобрышева Мария Викторовна – студентка.

630008, Новосибирск, ул. Ленинградская, 113

Maria V. Bobrysheva, coauthor, student.

Novosibirsk, Leningradskaia, 113

m.bobrysheva@edu.sibstrin.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8813-0912ЩербининаА. Е.ScherbininaA. E.

Щербинина Александра Евгеньевна – студентка.

630008, Новосибирск, ул. Ленинградская, 113

Alexandra E. Scherbinina, student.

Novosibirsk, Leningradskaia, 113

shherbinina-sash@mail.ruНовосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)РоссияNovosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin)Russian Federation202120072021183342350Copyright © Адегова Л.А., Бобрышева М.В., Щербинина А.Е., 20212021Адегова Л.А., Бобрышева М.В., Щербинина А.Е.Adegova L.A., Bobrysheva M.V., Scherbinina A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1279Введение

Введение. Композиционные материалы применяются в строительстве объектов транспортной инфраструктуры, зданий и сооружений разного назначения, в жилищно-коммунальном хозяйстве. Расчёт конструкций из композиционных материалов используется в области: напряженно-деформированного состояния, потери устойчивости, анализа при растяжении материала, влияния трещин на состояние этих конструкций. Рассматриваются основные свойства композиционных материалов и способ изготовления конструкции цилиндрической оболочки из композиционного материала. Общее количество вариантов намоток вычисляется методом комбинаторики.

Материалы и методы

Материалы и методы. В качестве объекта исследования выбрана композиционная цилиндрическая оболочка радиусом R = 300 мм и высотой H = 600 мм. Описано создание модели цилиндрической оболочки в пакете конечно-элементного анализа. Задана осевая сжимающая нагрузка, действующая на оболочку силой F = 100 кН. Определение соотношения критической силы.

Результаты

Результаты. Получены результаты анализа потери устойчивости цилиндрической оболочки и приведены графики зависимости критической силы от вариантов укладок слоёв. В зависимости от величины критической силы и формы потери устойчивости определены наиболее и наименее благоприятные варианты укладок слоёв в пакете композиционного материала.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Сделан вывод зависимости критической силы от комбинации укладок слоёв в композите.

Introduction

Introduction. Composite materials are used in the construction of transport infrastructure facilities, buildings and structures for various purposes, in housing and communal services. Calculation of structures made of composite materials is used in the field of stress-strain state, buckling, analysis of material under tension, the effect of cracks on the state of these structures. The main properties of composite materials and a method of manufacturing a cylindrical shell structure from a composite material are considered. The total number of winding options is calculated using the combinatorial method.

Materials and methods

Materials and methods. A composite cylindrical shell with a radius of R = 300 mm and a height of H = 600 mm was chosen as the object of research. The creation of a model of a cylindrical shell in a finite element analysis package is described. An axial compressive load acting on the shell with a force of F = 100 kN is specified. Determination of the critical force ratio.

Results

Results. The results of the analysis of the loss of stability of the cylindrical shell are obtained and the graphs of the dependence of the critical force on the options for laying the layers are presented. Depending on the magnitude of the critical force and the form of buckling, the most and least favorable options for laying layers in a composite material package have been determined.

Discussion and conclusions. A conclusion is made of the dependence of the critical force on the combination of stacking layers in the composite.

композиционный материалцилиндрическая оболочкаустойчивостькритическая силауглепластикcomposite materialcylindrical shellstabilitydeformationcritical forcecarbon fiberstress-strain stateReferencesЦыгвинцев И.В., Постникова П.И., Сенцов И.В. Применение композиционных материалов в строительстве // Инновационное развитие. 2017. С. 26–29.Tsygvintsev I.V., Postnikova P.I., Sentsov I.V. Primenenie kompozicionnyh materialov v stroitel’stve [Application of composite materials in construction] // Innovative development. 2017: 26-29 (In Russian)Малаховский С.С., Панафидникова А.Н., Костромина Н.В., Осипчик В.С. Углепластики в современном мире: их свойства и применения // Успехи в химии и химической технологии. 2019. Т. 33. № 6 (216). С. 62–64.Malakhovskiy S. S., Panafidnikova A. N., Kostromina N. V., Osipchik V. S. Ugleplastiki v sovremennom mire: ih svojstva i primenenija [Carbon fiber reinforced plastics in the modern world: their properties and area of application] // Advances in chemistry and chemical technology. 2019. 33. 6(216): 62-64 (In Russian)Корбова А.А. Проектирование легкой катерной надстройки из полимерных композиционных материалов // Труды Крыловского государственного научного центра. 2020. № 2. С. 242–249.Korbova A. A. Proektirovanie legkoj katernoj nadstrojki iz polimernyh kompozicionnyh materialov [Development of lightweight polymeric-composite superstructure for a fast boart] // Proceedings of Krylov State Scientific Center. 2020. 2: 242-249. (In Russian)Samyn P., Van Schepdael L., Leendertz J. S., Gerber A., Van Paepegem W., De Baets P. Degrieck J. Deformation of reinforced polymer bearing elements on full-scale compressive strength and creep tests under yielding conditions // Polymer Testing. 2006. 230-245 p.Samyn P., Van Schepdael L., Leendertz J. S., Gerber A., Van Paepegem W., De Baets P. Degrieck J. Deformation of reinforced polymer bearing elements on full-scale compressive strength and creep tests under yielding conditions // Polymer Testing. 2006: 230-245.Quintelier J., Samyn P., De Baets P., Tuzolana T., Van Paepegem W., Van den Abeele F., Vermeulen J. Wear behavior of carbon fiber-reinforced poly(phenylene sulfide) // Polymer Composites. 2006. 92-98 p.J. Quintelier, P. Samyn, P. De Baets, Tuzolana T., Van Paepegem W., Van den Abeele F., Vermeulen J. Wear behavior of carbon fiber-reinforced poly(phenylene sulfide) // Polymer Composites. 2006: 92-98.Аношкин А.Н., Федоровцев Д.И., Писарев П.В., Осокин В.М. Расчет напряженно-деформированного состояния фланца из полимерных композиционных материалов с дефектом в виде расслоения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2015. № 43. С. 116–130.Anoshkin A. N., Fedorovtsev D. I., Pisarev P. V., Osokin V. M. Raschet naprjazhenno-deformirovannogo sostojanija flanca iz polimernyh kompozicionnyh materialov s defektom v vide rassloenija [Calculation of stress-strain state of the flange made of polimer composites with a defect in the form of delamination] // PNRPU Aerospace Engineering Bulletin. 2015. 43: 116-130. (In Russian)Кудряшов А.Б., Кутышов В.Ф. Методика расчета и проектирования створок люков летательных аппаратов из композиционных материалов // Ученые записки ЦАГИ. 1985. Т.16. № 5. С. 74–83.Kudryashov A. B., Kutyshov V. F. Metodika rascheta i proektirovanija stvorok ljukov letatel’nyh apparatov iz kompozicionnyh materialov [Methodology of calculation and design of aircraft hatch doors made of composite materials] // Scientific Notes of TsAGI. 1985. 16 (5): 74-83. (In Russian)Карташова Е.Д., Муйземнек А.Ю. Расчет межслойных напряжений в композиционных оболочках с двоякой положительной кривизной // Вестник Пензенского государственного университета. 2017. № 2(18). С. 105–111.Kartashova E. D., Muizemnek A. Yu. Raschet mezhslojnyh naprjazhenij v kompozicionnyh obolochkah s dvojakoj polozhitel’noj kriviznoj [Calculation of interlayer stresses in composite shells with double positive curvature] // Bulletin of Penza State University. 2017. 2(18): 105-111. (In Russian)Sofiyev A. H., Avcar M. The stability of cylindrical shells containing an FDM layer subjected to axial load on the pasternak foundation // Scientific research. 2010. 228-236 p.Sofiyev A. H., Avcar M. The stability of cylindrical shells containing an FDM layer subjected to axial load on the pasternak foundation // Scientific research. 2010: 228-236.Rah K., Van Paepegem W., Habraken A. M., Degrieck J. A mixed solid-shell element for the analysis of laminated composites // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2012. 805-828 p.Rah K., Van Paepegem W., Habraken A. M., Degrieck J. A mixed solid-shell element for the analysis of laminated composites // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2012: 805-828.Aimenov Zh. T., Khudyakova T. M., Sarsenbayev B. K. Composite cements production and their economic and technological advantages // Industrial Technologies and Engineering (ICITE-2017). IV International Conference. 2017. 301-306 p.Aimenov Zh. T., Khudyakova T. M., Sarsenbayev B. K., Composite cements production and their economic and technological advantages // Industrial Technologies and Engineering (ICITE-2017). IV International Conference. 2017: 301-306.Давлетчин Д.И. Композиционные материалы для авиастроения, энергетики, машиностроения // Наукоемкие технологии. 2019. Т. 20. № 2. С. 34–39.Davletchin D. I. Kompozicionnye materialy dlja aviastroenija, jenergetiki, mashinostroenija [Composite materials for aviation, energetics, mechanical engineering] // Science-intensive Technologies. 2019. 20(2): 34-39. (In Russian)Stepanova M. Y., Baurova N. I. Analysis of methods for determining the biostability of polymer composite materials used in mechanical engineering // Polymer Science. Series D. 2020. Vol. 13. № 3. 345-348 p.Stepanova M. Y., Baurova N. I. Analysis of methods for determining the biostability of polymer composite materials used in mechanical engineering. Series D. 2020. 13(3): 345-348.Neumeister J., Jansson S., Leckie F. The effect of fiber architecture on the mechanical properties of carbon/carbon fiber composites // Acta Materialia. 1996. Vol. 44. № 2. 573-585 p.Neumeister J., Jansson S., Leckie F. The effect of fiber architecture on the mechanical properties of carbon/carbon fiber composites // Acta Materialia. 1996. 44(2): 573-585.Vasilescu A., Gáspár S., Hayat A., Marty J. -L. Аdvantages of carbon nanomaterials in electrochemical aptasensors for food analysis. // Electroanalysis. 2018. Vol. 30. № 1. 2-19 p.Vasilescu A., Gáspár S., Hayat A., Marty J.-L. Advantages of carbon nanomaterials in electrochemical aptasensors for food analysis. / / Electroanalysis. 2018. 30(1): 2-19.Lamberti M., Pedata P., Sannolo N., Porto S., Caraglia M., De Rosa A. Carbon nanotubes: properties, biomedical applications, advantages and risks in patients and occupationally-exposed workers // International Journal of Immunopathology and Pharmacology. 2015. Vol. 28. № 1. 4-13 p.Lamberti M., Pedata P., Sannolo N., Porto S., Caraglia M., De Rosa A. Carbon nanotubes: properties, biomedical applications, advantages and risks in patients and occupationally-exposed workers // International Journal of Immunopathology and Pharmacology. 2015. 28(1): 4-13.Li C., Liu Z. -H., Zheng Y. -P. Effect of anisotropy of composite material plate on hole-edge stresses of rectangle hole // Jilin Daxue Xuebao (Gongxueban). 2007. Vol. 37. № 6. 1327-1331 p.Li C., Liu Z.-H., Zheng Y.-P. Effect of anisotropy of composite material plate on hole-edge stresses of rectangle hole // Jilin Daxue Xuebao (Gongxueban). 2007. 37(6): 1327-1331.Рытова Т.Г. К вопросу потери устойчивости предварительно-напряженных тонкостенных цилиндрических оболочек // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2019. № 4 (42). С. 111–118.Rytova T. G. K voprosu poteri ustojchivosti predvaritel’no-naprjazhennyh tonkostennyh cilindricheskih obolochek [On the issue of loss of stability of pre-stressed thin-walled cylindrical shells] // I. Yakovlev Chuvash State Pedagogical University Bulletin. Series: Mechanics of limit state. 2019. 4(42): 111-118. (In Russian)Попова А.П. Исследование устойчивости сжатой анизотропной цилиндрической оболочки // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2018. Т. 1. С. 266–268.Popova A. P. Issledovanie ustojchivosti szhatoj anizotropnoj cilindricheskoj obolochki [Investigation of stability of compacted anisotropic cylindrical shell] // Actual problems of aviation and cosmonautics. 2018. 1: 266-268. (In Russian)Артемьева А.А., Баранова М.С., Кибец А.И., Романов В.И., Рябов А.И., Шошин Д.В. Конечно-элементный анализ устойчивости упругопластической сферической оболочки при всестороннем сжатии // Вестник Нижегородского университета им Н.И. Лобачевского. 2011. № 3 (1). С.158–162.Artemyeva A. A., Baranova M. S., Kibets A. I., Romanov V. I., Ryabov A. I., Shoshin D. V. Konechno-jelementnyj analiz ustojchivosti uprugoplasticheskoj sfericheskoj obolochki pri vsestoronnem szhatii [Finite element analysis of the stability of an elastic-plastic spherical shell under comprehensive compression]. 2011. 3 (1): 158-162 (In Russian)Косицын С.Б., Акулич В.Ю. Определение критической нагрузки потери устойчивости стержневой и плоской моделей круговой цилиндрической оболочки, взаимодействующей с основанием // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2019. Том 15. № 4. С. 291–297.Kosytsyn S. B., Akulich V. Yu. Opredelenie kriticheskoj nagruzki poteri ustojchivosti sterzhnevoj i ploskoj modelej krugovoj cilindricheskoj obolochki, vzaimodejstvujushhej s osnovaniem [The definition of the critical buckling load beam model and two-dimensional model of the round cylindrical shell that interact with the soil]// Structural mechanics of engineering constructions and buildings. 2019. 15(4): 291-297. (In Russian)Васильев В.В. К задаче устойчивости цилиндрической оболочки при осевом сжатии // Известия российской академии наук. Механика твердого тела. 2011. № 2. С. 5–15.Vasiliev V. V. To the Problem of Stability of a Cylindrical Shell in Axial Compression // Mechanics of Solids. 2011. 2: 5-15. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.