ÑàíêòÏåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò
Ìàòåìàòèêà è ìåõàíèêà
Ìåõàíèêà è ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå
Çåëèíñêàÿ Àííà Âëàäèìèðîâíà
Óñòîé÷èâîñòü ïðè îñåâîì ñæàòèè òðàíñâåðñàëüíî èçîòðîïíîé
öèëèíäðè÷åñêîé îáîëî÷êè ñî ñëàáî çàêðåïëåííûì êðèâîëèíåéíûì êðàåì
Ìàãèñòåðñêàÿ äèññåðòàöèÿ
Íàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü:
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ïðîôåññîð, çàâ. êàôåäðîé
òåîðåòè÷åñêîé ìåõàíèêè ÑÏáÃÓ Òîâñòèê Ï.Å.
Ðåöåíçåíò:
ê.ô-ì.í., äîöåíò Åðøîâà Ç.Ã.
ÑàíêòÏåòåðáóðã
2016
SAINT-PETERSBURG STATE UNIVERSITY
Mathematics and Mechanics
Mechanics and Mathematical Modeling
Zelinskaia Anna Vladimirovna
Stability under axial compression of the transverse isotropic cylindrical shell
with weakly supported curvilinear edge
Master's Thesis
Scientic supervisor:
Professor, head of the chair Tovstik P.E.
Reviewer:
Associate Professor Ershova Z.G.
Saint-Petersburg
2016
Ñîäåðæàíèå
1 Ââåäåíèå
4
2 Óðàâíåíèÿ ðàâíîâåñèÿ
5
3 Ïðåîáðàçîâàíèå ñèñòåìû óðàâíåíèé
7
4 Âíóòðåííÿÿ ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè.
8
5 Ëîêàëèçîâàííûå ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè â îêðåñòíîñòè êðàÿ ïî
ìîäåëè ÊË.
10
6 Ëîêàëèçîâàííûå ôîðìû ïî ìîäåëè ÒÐ.
13
7 Ïðåäåëüíûé ïåðåõîä îò ìîäåëè ÒÐ ê ìîäåëè ÊË.
19
8 Ïðåäåëüíûé ïåðåõîä ïðè q → 0.
19
9 Çàêëþ÷åíèå
20
10 Ëèòåðàòóðà
22
3
1 Ââåäåíèå
Èññëåäîâàíèå óñòîé÷èâîñòè êðóãîâûõ öèëèíäðè÷åñêèõ îáîëî÷åê ïðè îñåâîì ñæàòèè ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç âàæíûõ ýòàïîâ èõ ðàñ÷åòà. Ïåðâûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðàáîòû áûëè âûïîëíåíû Ëèëëè [1] è Ìàëëîêîì [2] â 1908 ãîäó.
Êëàññè÷åñêàÿ ôîðìóëà äëÿ êðèòè÷åñêîé íàãðóçêè ïðè ïîòåðå óñòîé÷èâîñòè òîíêîé êðóãîâîé öèëèíäðè÷åñêîé îáîëî÷êè ñðåäíåé äëèíû ïðè îñåâîì
ñæàòèè áûëà ïîëó÷åíà Ëîðåíöåì [3] è Òèìîøåíêî [4].  äàëüíåéøåì óñòîé÷èâîñòü öèëèíäðè÷åñêîé îáîëî÷êè ïðè îñåâîì ñæàòèè áûëà äåòàëüíî èññëåäîâàíà â ðàçëè÷íûõ ïîñòàíîâêàõ. Èññëåäîâàëîñü âëèÿíèå äëèíû îáîëî÷êè,
ñïîñîáà åå çàêðåïëåíèÿ, ìîìåíòíîñòè íà÷àëüíîãî íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ,
íà÷àëüíûõ íåñîâåðøåíñòâ ôîðìû, íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ, äèíàìè÷åñêèõ è
ïàðàìåòðè÷åñêèõ íàãðóçîê è äð. (ñì. îáçîðû [5,6]).
Çäåñü èññëåäóþòñÿ ëîêàëèçîâàííûå âáëèçè êðàÿ ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè, ñâÿçàííûå ñî ñëàáûì çàêðåïëåíèåì êðàÿ. Èøëèíñêèé [7] ïåðâûì
îáðàòèë âíèìàíèå íà âîçìîæíîñòü ëîêàëèçîâàííîé ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè
ñæàòîé ïëàñòèíû ñî ñâîáîäíûì êðàåì, ñîïðîâîæäàþùåéñÿ ñíèæåíèåì êðèòè÷åñêîé íàãðóçêè. Ïðè ýòîì ñíèæåíèå íàãðóçêè îêàçàëîñü íåçíà÷èòåëüíûì (ìåíåå 1 %). Äëÿ îáîëî÷åê ñî ñâîáîäíûì êðàåì ñíèæåíèå íàãðóçêè
ìîæåò áûòü â 2 ðàçà è áîëåå, ÷òî âïåðâûå óñòàíîâëåíî â ðàáîòàõ Íàõáàðà
è Õîôôà [8] è Êèëü÷åâñêîãî [9].  äàëüíåéøåì áûëî ïîêàçàíî, ÷òî íå òîëüêî ñâîáîäíûé, íî è ñëàáî çàêðåïëåííûé êðàé ïîðîæäàåò ëîêàëèçîâàííóþ
ôîðìó ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè [6, 10-12]. Îáíàðóæåíî 7 âàðèàíòîâ ãðàíè÷íûõ
óñëîâèé, ïðè êîòîðûõ âîçìîæíî ïîÿâëåíèå ëîêàëèçîâàííîé ôîðìû.
Ñêàçàííîå âûøå îòíîñèòñÿ ê èçîòðîïíûì îáîëî÷êàì, è óïîìÿíóòûå âûøå ðåçóëüòàòû áûëè ïîëó÷åíû èñõîäÿ èç äâóõìåðíîé ìîäåëè Êèðõãîôà
Ëÿâà (ÊË). Îáîëî÷êè, èçãîòîâëåííûå èç òðàíñâåðñàëüíî èçîòðîïíîãî ìàòåðèàëà ñ îòíîñèòåëüíî ìàëûì ìîäóëåì ïîïåðå÷íîãî ñäâèãà, ïðîÿâëÿþò
ðÿä îñîáåííîñòåé ïðè ïîòåðå óñòîé÷èâîñòè ïðè îñåâîì ñæàòèè. Ïðè ýòîì
äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîððåêòíîãî ðåçóëüòàòà äâóõìåðíàÿ ìîäåëü ÊË îêàçûâàåòñÿ íåäîñòàòî÷íîé, ëó÷øèå ðåçóëüòàòû äàåò ìîäåëü ÒèìîøåíêîÐåéññíåðà
(ÒÐ), ó÷èòûâàþùàÿ ïîïåðå÷íûé ñäâèã. Îáñóæäåíèå ïîãðåøíîñòè ýòèõ ìî-
4
äåëåé ñîäåðæèòñÿ â ðàáîòàõ [13-15]. Íàðÿäó ñî ñíèæåíèåì íàãðóçêè ïðè
ìàëîé æåñòêîñòè íà ïîïåðå÷íûé ñäâèã âîçìîæíî ïîÿâëåíèå ôîðì ïîòåðè
óñòîé÷èâîñòè, ëîêàëèçîâàííûõ âáëèçè áîêîâûõ ïîâåðõíîñòåé öèëèíäðà, à
òàêæå ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè ñàìîãî ìàòåðèàëà [14-16].
 ðàáîòå [17] ïîñòðîåíû ëîêàëèçîâàííûå ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè
òðàíñâåðñàëüíî èçîòðîïíîé öèëèíäðè÷åñêîé ïàíåëè ñî ñëàáî çàêðåïëåííûì ïðÿìîëèíåéíûì êðàåì. Äàííàÿ ðàáîòà â çíà÷èòåëüíîé ìåðå ïîâòîðÿåò ìåòîä èññëåäîâàíèÿ ðàáîòû [17].  íåé ïîñòðîåíû ëîêàëèçîâàííûå
âáëèçè êðèâîëèíåéíîãî êðàÿ ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè òðàíñâåðñàëüíî
èçîòðîïíîé öèëèíäðè÷åñêîé îáîëî÷êè ïðè îñåâîì ñæàòèè. Íàéäåíû âàðèàíòû ãðàíè÷íûõ óñëîâèé, äîïóñêàþùèõ óêàçàííóþ ëîêàëèçàöèþ.
2 Óðàâíåíèÿ ðàâíîâåñèÿ
Ðàññìîòðèì öèêëè÷åñêè ñèììåòðè÷íóþ äåôîðìàöèþ òîíêîé êðóãîâîé
öèëèíäðè÷åñêîé îáîëî÷êè ñðåäíåé äëèíû ðàäèóñà R, ïîëàãàÿ
{u, w, φ1 , T1 , T2 , Q1 , M1 , M2 }(x, φ) = {u, w, φ1 , T1 , T2 , Q1 , M1 , M2 }(x) sin mφ,
{v, φ2 , S, Q2 , H}(x, φ) = {v, φ2 , S, Q2 , H}(x) cos mφ.
(2.1)
Çäåñü x, φ äëèíà äóãè îáðàçóþùåé è óãîë â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè,
u, v, w ïðîåêöèè ïåðåìåùåíèÿ, φ1 è φ2 óãëû ïîâîðîòà íîðìàëüíûõ âîëîêîí, T1 , S, T2 òàíãåíöèàëüíûå óñèëèÿ, Q1 , Q2 ïåðåðåçûâàþùèå óñèëèÿ, M1 , M2 , H èçãèáàþùèå è êðóòÿùèé ìîìåíòû.
Äëÿ çàìêíóòîé â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè îáîëî÷êè m ÷èñëî âîëí â
îêðóæíîì íàïðàâëåíèè (m = 0, 1, 2, ...). Äëÿ öèëèíäðè÷åñêîé ïàíåëè ñ
øàðíèðíî îïåðòûìè ïðÿìîëèíåéíûìè êðàÿìè φ = 0 è φ = φ0 < 2π
m = kφ0 /π,
k = 1, 2, ...
5
(2.2)
Óðàâíåíèÿ ðàâíîâåñèÿ îáîëî÷êè òàêîâû
T1′ −
mS
= 0,
R
S′ +
mT2
= 0,
R
Q′1 −
mQ2 T2
+
+ qn = 0,
R
R
(2.3)
mH
mM2
d( )
+ Q1 = 0, H ′ +
+ Q2 = 0, ( )′ ≡
.
R
R
dx
Çäåñü qn èíòåíñèâíîñòü âíåøíåé íîðìàëüíîé íàãðóçêè.  çàäà÷å óñòîéM1′ −
÷èâîñòè ïðè îñåâîì ñæàòèè óñèëèåì P > 0 ñëåäóåò ñ÷èòàòü
qn = −P w′′ .
(2.4)
Óðàâíåíèÿ (2.3) èìåþò îäèí è òîò æå âèä êàê äëÿ ìîäåëè ÊË, òàê è
äëÿ ìîäåëè ÒÐ. Ðàçëè÷èå ýòèõ ìîäåëåé ïîÿâëÿåòñÿ â ñîîòíîøåíèÿõ óïðóãîñòè, ñâÿçûâàþùèõ óñèëèÿõ è ìîìåíòàõ ñ äåôîðìàöèÿìè. Äëÿ ìîäåëè ÊË
ñîîòíîøåíèÿ óïðóãîñòè èìåþò âèä:
{1, 2},
T1 = K(ε1 + νε2 ),
M1 = D(κ1 + νκ2 ), {1, 2},
K(1 − ν)
ω,
2
S=
H = D(1 − ν)τ,
Eh
,
1 − ν2
Eh3
,
D=
12(1 − ν 2 )
(2.5)
K=
ãäå E, ν ìîäóëü Þíãà è êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà, h òîëùèíà îáîëî÷êè,
òàíãåíöèàëüíûå (ε1 , ε2 , ω ) è èçãèáíûå (κ1 , κ2 , τ ) äåôîðìàöèè ðàâíû
ε1 = u′ ,
′′
κ1 = w ,
mv + w
,
R
m2 w
κ2 = −
,
R
ε2 = −
mu
,
R
mw′
τ =−
.
R
ω = v′ +
(2.6)
Äëÿ ìîäåëè ÒÐ (êðîìå íåèçâåñòíûõ ïåðåìåùåíèé u, v, w) ââîäÿòñÿ íåèçâåñòíûå óãëû ïîâîðîòà íîðìàëüíûõ âîëîêîí φ1 è φ2 , ñâÿçàííûå ñ óãëàìè
ïîïåðå÷íîãî ñäâèãà γ1 è γ2 ïî ôîðìóëàì
γ1 = φ1 + w′ ,
γ2 = φ2 −
mw
.
R
(2.7)
Äëÿ ìîäåëè ÊèðõãîôàËÿâà γ1 = γ2 = 0. Ê ñîîòíîøåíèÿì óïðóãîñòè (2.5)
äîáàâëÿþòñÿ ôîðìóëû äëÿ ïåðåðåçûâàþùèõ óñèëèé
Q1 = G∗ hγ1 ,
Q2 = G∗ hγ2 ,
6
G∗ = kG13 ,
5
k= ,
6
(2.8)
ãäå G13 ìîäóëü ñäâèãà â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè, k = 5/6 ïîïðàâî÷íûé êîýôôèöèåíò, ó÷èòûâàþùèé íåðàâíîìåðíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåíèé ïîïåðå÷íîãî ñäâèãà ïî òîëùèíå îáîëî÷êè.
Äëÿ ìîäåëè ÒÐ ôîðìóëû (2.5) ñîõðàíÿþò ñâîé âèä, îäíàêî, ïðè âû÷èñëåíèè ìîìåíòîâ M1 , M2 , H êðèâèçíû è êðó÷åíèå âìåñòî (2.6) âû÷èñëÿþòñÿ
ïî ôîðìóëàì [17]
κ1 = −φ′1 ,
κ2 =
mφ2
,
R
2τ = −φ′2 +
m
φ1 .
R
(2.9)
Èññëåäóåìàÿ íèæå ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè ïîðîæäàåò ôîðìó ïðîãèáà ñ
áîëüøèì ïîêàçàòåëåì èçìåíÿåìîñòè [12], ïîýòîìó ôîðìóëû (2.3)(2.9) çàïèñàíû â ïðèáëèæåííîì âàðèàíòå [5,18], ïðèíÿòîì â òåîðèè ïîëîãèõ îáîëî÷åê è èìåþùåì ïîãðåøíîñòü ïîðÿäêà îòíîñèòåëüíîé òîëùèíû îáîëî÷êè
h∗ = h/R.
3 Ïðåîáðàçîâàíèå ñèñòåìû óðàâíåíèé
Ââåäåì íîâûå ïåðåìåííûå (ñî çíà÷êîì ˆ) ïî ôîðìóëàì
x=
Rx̂
,
µ
m=
q
,
µ
{Ti , S} = Eh{T̂i , Ŝ},
h2
,
µ =
12(1 − ν 2 )R2
4
w = Rŵ,
{u, v} = µR{û, v̂},
Qi = EhµQ̂i ,
Eµ2
g= ∗ ,
G
φi =
φ̂i
,
µ
i = 1, 2,
{Mi , H} = Ehµ2 R{M̂i , Ĥ},
P = 2Ehµ2 λ,
(3.1)
ãäå µ ìàëûé ïàðàìåòð îòíîñèòåëüíîé òîëùèíû, g ñäâèãîâîé ïàðàìåòð (â ìîäåëè ÊË ñ÷èòàåì g = 0), λ èñêîìûé ïàðàìåòð íàãðóæåíèÿ.
 äàëüíåéøåì çíà÷îê ˆ áóäåò îïóùåí. Ïåðåìåííûå (3.1) ââåäåíû òàêèì
îáðàçîì, ÷òîáû ïðè îïèñàíèè ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè âñå âåëè÷èíû
èìåëè ïîðÿäîê åäèíèöû ïî îòíîøåíèþ ìàëîìó ïàðàìåòðó µ.  ÷àñòíîñòè,
êîýôôèöèåíò 2 â âûðàæåíèè äëÿ P ââåäåí äëÿ òîãî, ÷òîáû êëàññè÷åñêîå
êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå ïðè ïîòåðå óñòîé÷èâîñòè [12] áûëî λ = 1.
Ïîñëå ââåäåíèÿ ôóíêöèè óñèëèé Φ ïî ôîðìóëàì
T1 = −q 2 Φ,
S = −qΦ′ ,
7
T2 = w′′ Φ
(3.2)
ïåðâûå äâà óðàâíåíèÿ ñèñòåìû (2.3) áóäóò âûïîëíåíû.
Èñêëþ÷åíèå ïåðåìåùåíèé u è v èç ñîîòíîøåíèé (2.5), (2.6) ïðèâîäèò ê
óðàâíåíèþ íåðàçðûâíîñòè
∆∆Φ + w′′ = 0,
∆(·) = (·)′′ − q 2 (·),
(3.3)
êîòîðîå ÿâëÿåòñÿ îäíèì è òåì æå äëÿ îáåèõ ìîäåëåé ÊË è ÒÐ.
Äëÿ ìîäåëè ÊË òðåòüå óðàâíåíèå (2.3) ïðèíèìàåò âèä:
−∆∆w − 2λw′′ + Φ′′ = 0
(3.4)
è âìåñòå ñ óðàâíåíèåì (3.3) îáðàçóåò ñèñòåìó îòíîñèòåëüíî íåèçâåñòíûõ
ôóíêöèé w, Φ.
Äëÿ ìîäåëè ÒÐ âìåñòî óãëîâ ïîâîðîòà íîðìàëüíîãî âîëîêíà φ1 è φ2
ââåäåì íåèçâåñòíûå ôóíêöèè Ψ è Θ ïî ôîðìóëàì
φ1 = −Ψ′ − qΘ,
φ2 = −qΨ − Θ′ .
(3.5)
Òîãäà óðàâíåíèå äëÿ ôóíêöèè Θ îòäåëÿåòñÿ
g1 ∆Θ − Θ = 0,
g1 =
(1 − ν)g
,
2
(3.6)
à îñòàëüíûå óðàâíåíèÿ äàþò
g −1 (∆w − ∆Ψ) + Φ′′ − 2λw′′ = 0,
w − Ψ + g∆Ψ = 0.
(3.7)
Óðàâíåíèÿ (3.7) âìåñòå ñ óðàâíåíèåì (3.3) îáðàçóåò ñèñòåìó îòíîñèòåëüíî
íåèçâåñòíûõ ôóíêöèé w, Φ, Ψ. Ïðè g ≪ 1 áóäåò w ≃ Ψ è óðàâíåíèÿ (3.7)
ïåðåõîäÿò â óðàâíåíèå (3.4), à ôóíêöèÿ Θ ÿâëÿåòñÿ áûñòðî ìåíÿþùåéñÿ è
îïèñûâàåò èíòåãðàë ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ.
4 Âíóòðåííÿÿ ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè.
Çäåñü ïî ìîäåëÿì ÊË è ÒÐ ðàññìàòðèâàåòñÿ óñòîé÷èâîñòü öèëèíäðè÷åñêîé îáîëî÷êè ïî ôîðìàì ïðîãèáà, îïèñûâàåìûì äâîÿêî ïåðèîäè÷åñêèìè
ôóíêöèÿìè
w(x, φ) = w0 sin px cos mφ.
8
(4.1)
Ïðè ýòîì ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ èãíîðèðóþòñÿ. Òîò æå âèä èìåþò ôîðìû
ïðîãèáà ïðè øàðíèðíîì îïèðàíèè êðàåâ x = 0 è x = nπ/l, ãäå l = L/µ
áåçðàçìåðíàÿ äëèíà îáîëî÷êè.
Äëÿ ìîäåëè ÊË óðàâíåíèÿ (3.3) è (3.4) äàþò
1
λÊË (p, q) =
2
(
(p2 + q 2 )2
p2
+ 2
p2
(p + q 2 )2
)
.
(4.2)
Ìèíèìèçàöèÿ ôóíêöèè λÊË (p, q) ïî âîëíîâûì ÷èñëàì p è q ïðèâîäèò ê
êëàññè÷åñêîìó çíà÷åíèþ êðèòè÷åñêîé íàãðóçêè [3,4,12]
λcl = 1
(4.3)
è ñîîòíîøåíèþ p2 + q 2 ± p = 0, îïèñûâàþùåìó ìíîæåñòâî ôîðì ïîòåðè
óñòîé÷èâîñòè. Ñðåäè íèõ åñòü è îñåñèììåòðè÷íàÿ ôîðìà ïðè p = 1, q = 0.
Äëÿ ìîäåëè ÒÐ óðàâíåíèÿ (3.3) è (3.7) ïðèâîäÿò ê ñîîòíîøåíèþ
1
λÒÐ (p, q) =
2
(
(p2 + q 2 )2
p2
+
p2 (1 + g(p2 + q 2 )) (p2 + q 2 )2
)
.
(4.4)
Ìèíèìóì ôóíêöèè λÒÐ (p, q) äîñòèãàåòñÿ ïðè q = 0, ò.å. äëÿ îñåñèììåòðè÷íîé ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè.
min λÒÐ (p, q) = min λÒÐ (p),
p,q
p
1
λÒÐ (p) =
2
(
p2
1
+
1 + gp2 p2
)
.
(4.5)
Ïðè g < 1 ìèíèìóì ôóíêöèè λÒÐ (p) îïðåäåëÿåò êðèòè÷åñêóþ íàãðóçêó
λÒÐ
cr ïî ìîäåëè ÒÐ è äîñòèãàåòñÿ ïðè âîëíîâîì ÷èñëå pcr , ïðè÷åì
Ïðè g → 1 áóäåò pcr
g
1
λÒÐ
pcr = √
.
(4.6)
cr = 1 − ,
2
1−g
→ ∞, ò.å. äëèíà âîëíû ℓ ïðè ïîòåðå óñòîé÷èâîñòè,
ðàâíàÿ ℓ = 2π/pcr , ñòðåìèòñÿ ê íóëþ. Ïîñëåäíåå îáñòîÿòåëüñòâî ãîâîðèò î
òîì, ÷òî îáëàñòü ïðèìåíèìîñòè ìîäåëè ÒÐ èñ÷åðïàíà.
Èçâåñòíî [14,15], ÷òî óñëîâèåì óñòîé÷èâîñòè òðàíñâåðñàëüíî èçîòðîïíîãî ìàòåðèàëà ïðè ñæàòèè ÿâëÿåòñÿ íåðàâåíñòâî −σ11 < G13 , êîòîðîå â
ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å ïðèíèìàåò âèä
P
1
< G13 èëè 2λ < .
(4.7)
h
kg
Àíàëèç óñòîé÷èâîñòè òðàíñâåðñàëüíî èçîòðîïíîé îáîëî÷êè ïðè îñåâîì
9
ñæàòèè â ñëó÷àå ℓ ≪ 1 ïðîâåäåí â [15] èñõîäÿ èç íåëèíåéíûõ óðàâíåíèé
òðåõìåðíîé òåîðèè óïðóãîñòè. Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè ïðèáëèæåíèè ïàðàìåòðà
g ê åäèíèöå è óìåíüøåíèè äëèíû âîëíû ℓ ïðîöåññ ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè
ïðîõîäèò äâå ñòàäèè.  ïåðâîé èç íèõ ôîðìà ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè ëîêàëèçóåòñÿ â îêðåñòíîñòè îäíîé èç áîêîâûõ ïîâåðõíîñòåé öèëèíäðà. Ïðè ýòîì
íåðàâåíñòâî (4.7) ïðè k = 1, ïî-ïðåæíåìó, âûïîëíåíî. Ïðè äàëüíåéøåì ðîñòå íàãðóçêè íåðàâåíñòâî (4.7) íàðóøàåòñÿ è ìàòåðèàë òåðÿåò óñòîé÷èâîñòü
(ïî Àäàìàðó). Çíà÷åíèå k = 5/6 â (2.8) ââåäåíî äëÿ ó÷åòà ðàñïðåäåëåíèÿ
ïî ïàðàáîëå íàïðÿæåíèé ïîïåðå÷íîãî ñäâèãà. Ïðè ïîâåðõíîñòíîé ïîòåðå
óñòîé÷èâîñòè òàêîå ðàñïðåäåëåíèå íàïðÿæåíèé íå èìååò ìåñòà, ïîýòîìó
ñëåäóåò ñ÷èòàòü k = 1. Çàìåòèì, ÷òî ïðè k = 1, g = 1 è λ = λÒÐ
cr = 1 − g/2
íåðàâåíñòâî (4.7) ïðåâðàùàåòñÿ â ðàâåíñòâî, ò.å. ìû âûõîäèì íà ãðàíèöó
îáëàñòè ïðèìåíèìîñòè ìîäåëè ÒÐ.
5 Ëîêàëèçîâàííûå ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè â îêðåñòíîñòè êðàÿ ïî
ìîäåëè ÊË.
Çäåñü äëÿ óäîáñòâà ñðàâíåíèÿ ñ èçëàãàåìûìè â ï.6 ðåçóëüòàòàìè, ïîëó÷åííûìè ïî ìîäåëè ÒÐ, ïðèâîäÿòñÿ èçâåñòíûå ðåçóëüòàòû [6,12] äëÿ ìîäåëè
ÊË. Èùåòñÿ ðåøåíèå ñèñòåìû (3.3), (3.4), ëîêàëèçîâàííîå â îêðåñòíîñòè
êðàÿ x = 0 è ýêñïîíåíöèàëüíî çàòóõàþùåå ïðè óäàëåíèè îò ýòîãî êðàÿ.
Ðåøåíèå èùåì â âèäå:
Z(x) =
4
∑
Ck zk erk x ,
Re(rk ) < 0,
(5.1)
k=1
ãäå Z çàìåíÿåò ëþáóþ èç íåèçâåñòíûõ ôóíêöèé (u, v, w, Φ, T1 , S, M1 , H, Q1 ),
âõîäÿùèõ â óðàâíåíèÿ (3.3), (3.4) è â ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ, Ck ïðîèçâîëüíûå ïîñòîÿííûå, zk èçâåñòíûå ïîñòîÿííûå, çàâèñÿùèå âûáîðà ôóíêöèè
Z , rk êîðíè õàðàêòåðèñòè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ ñèñòåìû (3.3), (3.4)
(r2 − q 2 )4 + 2λr2 (r2 − q 2 )2 + r4 = 0.
(5.2)
Ïðè λ < 1, q > 0 óðàâíåíèå (5.2) èìååò ðîâíî 4 êîðíÿ ñ îòðèöàòåëüíîé
âåùåñòâåííîé ÷àñòüþ.
10
 ìîäåëè ÊË ýëåìåíò êðàÿ îáîëî÷êè èìååò 4 ñòåïåíè ñâîáîäû. Îãðàíè÷èìñÿ ðàññìîòðåíèåì 16 âàðèàíòîâ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé, ïðè êîòîðûõ êðàé
çàêðåïëåí èëè ñâîáîäåí â ñîîòâåòñòâóþùåì íàïðàâëåíèè. Óïðóãóþ çàäåëêó
êðàÿ íå ðàññìàòðèâàåì. Óêàçàííûå âàðèàíòû ñâåäåíû â òàáëèöó
(1)
u = 0,
T1 = 0,
(0),
(1)
v = 0,
S = 0,
(0),
(1)
w = 0,
Q∗1
= 0,
(0),
(1)
φ1 = 0,
M1 = 0,
(0),
(5.3)
ãäå φ1 = −w′ , Q∗1 = Q1 + qH + P φ1 . Ñëåâà â (5.3) ñòîÿò îáîáùåííûå
ïåðåìåùåíèÿ, à ñïðàâà ñîîòâåòñòâóþùèå îáîáùåííûå óñèëèÿ. Èç êàæäîé
ñòðîêè áåðåòñÿ ïî îäíîìó ãðàíè÷íîìó óñëîâèþ, (1) îçíà÷àåò çàêðåïëåíèå,
(0) åãî îòñóòñòâèå (íàïðèìåð, ÷åðåç (0000) îáîçíà÷àåì ñâîáîäíûé êðàé).
Ïðèâåäåì âûðàæåíèÿ äëÿ êîýôôèöèåíòîâ zk , âõîäÿùèõ â îáùåå ðåøåíèå
(5.1). Âîçüìåì wk = 1, k = 1, 2, 3, 4. Òîãäà
q((2 + ν)rk2 − q 2 )
vk =
,
(rk2 − q 2 )2
rk (q 2 + νrk2 )
uk =
,
(rk2 − q 2 )2
T1k
φ1k = −rk ,
r2 q 2
= 2 k 2 2,
(rk − q )
M1k = rk2 − νq 2 ,
r3 q
Sk = 2 k 2 2 ,
(rk − q )
Q∗1k = −rk (rk2 − (2 − ν)q 2 ) − 2λrk .
(5.4)
(5.5)
Òåïåðü êðèòè÷åñêàÿ íàãðóçêà λ ïðè ëîêàëèçîâàííîé âáëèçè êðàÿ x = 0
ïîòåðå óñòîé÷èâîñòè îïðåäåëÿåòñÿ â ðåçóëüòàòå ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ
∆4 (λ, q) = 0,
(5.6)
ãäå ∆4 îïðåäåëèòåëü ëèíåéíîé ñèñòåìû ÷åòûðåõ óðàâíåíèé îòíîñèòåëüíî
ïîñòîÿííûõ Ck , ïîëó÷àþùåéñÿ ïðè ïîäñòàíîâêå ðåøåíèÿ (5.1) â ãðàíè÷íûå
óñëîâèÿ. Íàïðèìåð, äëÿ ñâîáîäíîãî êðàÿ T1 = S = Q∗1 = M1 = 0 óðàâíåíèå
(5.6) èìååò âèä
T11
T12
T13
T14
S1
S2
S3
S4
Q∗11 Q∗12 Q∗13 Q∗14
M11 M12 M13 M14
11
Èç 16 âàðèàíòîâ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé 8 âàðèàíòîâ äîïóñêàþò ñóùåñòâîâàíèå ëîêàëèçîâàííîé ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè. Ãðàôèêè ôóíêöèé λ(q)
äëÿ êîýôôèöèåíòà Ïóàññîíà ν = 0.3 ïîêàçàíû íà ðèñ. 1. Â 7 âàðèàíòàõ
(0000), (1000), (0100), (0010), (0001), (1100), (1010) ïðè q = 0 èìååò ìåñòî
äâóêðàòíîå ñíèæåíèå êðèòè÷åñêîé íàãðóçêè ïî ñðàâíåíèþ ñ êëàññè÷åñêèì
çíà÷åíèåì (λ(0) = 1/2), a äëÿ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé (0101) ñíèæåíèå íàãðóçêè íåçíà÷èòåëüíî è ñîñòàâëÿåò 3%. Äëÿ òðåõ âàðèàíòîâ ôóíêöèè çàâèñèìîñòè λ(q) ñîâïàäàþò (ñì. ðèñ. 1).
Ðèñ. 1. Ôóíêöèè λ(q) ïî ìîäåëè ÊË äëÿ ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé
(1 0000, 2 0100, 3 1000, 4 1100, 5 0010, 1010, 0001, 6 0101).
Äëÿ çàìêíóòîé â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè îáîëî÷êè êðèòè÷åñêóþ íàãðóçêó îïðåäåëÿþò ìèíèìàëüíûå ïî q = qm = m/µ çíà÷åíèÿ ôóíêöèé λ(q).
Äëÿ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé (0000), (0100) È (0101) ôóíêöèè λ(q) èìåþò ìèíèìóì ñîîòâåòñòâåííî ïðè q = 0.31, 0.20 è 0.36, à äëÿ óñëîâèé (1000), (0010),
(0001), (1100) è (1010) ìèíèìóì äîñòèãàåòñÿ ïðè q = 0.
Äëÿ öèëèíäðè÷åñêîé ïàíåëè ñ óãëîì ðàñòâîðà φ0 è ñ øàðíèðíî îïåðòûìè ïðÿìîëèíåéíûìè êðàÿìè êðèòè÷åñêàÿ íàãðóçêà íà îñíîâàíèè ôîðìóëû
(2.2) ðàâíà ìèíèìóìó ïî q = qk = kφ0 /(πµ) çíà÷åíèé ôóíêöèé λ(q). Ïîýòîìó ïðåäñòàâëÿþò èíòåðåñ çíà÷åíèÿ ýòèõ ôóíêöèé íå òîëüêî äëÿ òåõ q ,
âáëèçè êîòîðûõ λ(q) ìèíèìàëüíà.
Äëÿ óäîáñòâà ïîñëåäóþùåãî ñðàâíåíèÿ ñ ðåçóëüòàòàìè ïî ìîäåëè ÒÐ
ââåäåì 4 ãðóïïû âàðèàíòîâ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé:
Ãðóïïà 1 ñîñòîèò èç óñëîâèé (0000) è (0100) è õàðàêòåðèçóåòñÿ òåì, ÷òî
ôóíêöèÿ λ(q) èìååò ìèíèìóì ïðè q > 0, à êðèòè÷åñêàÿ íàãðóçêà (λ < 1/2)
12
ñóùåñòâåííî óìåíüøàåòñÿ ïî ñðàâíåíèþ ñî çíà÷åíèåì λ = 1 äëÿ õîðîøî
çàêðåïëåííîé îáîëî÷êè.
Ãðóïïà 2 ñîñòîèò èç óñëîâèé (1000), (0010), (0001), (1100) è (1010), äëÿ
êîòîðûõ ôóíêöèÿ λ(q) èìååò ìèíèìóì λ(0) = 1/2.
Ãðóïïà 3 ñîñòîèò èç âàðèàíòà (0101), äëÿ êîòîðîãî ñíèæåíèå íàãðóçêè
ïðè ïîòåðå óñòîé÷èâîñòè íåçíà÷èòåëüíî.
Ãðóïïà 4 âêëþ÷àåò îñòàëüíûå âàðèàíòû ãðàíè÷íûõ óñëîâèé, äëÿ êîòîðûõ ëîêàëèçàöèÿ ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè âáëèçè êðàÿ íå èìååò ìåñòà.
6 Ëîêàëèçîâàííûå ôîðìû ïî ìîäåëè ÒÐ.
Êàê è äëÿ ìîäåëè ÊË, ëîêàëèçîâàííîå ðåøåíèå ñèñòåìû (3.3), (3.6), (3.7)
èùåì â âèäå
Z(x) =
5
∑
Ck zk erk x ,
Re(rk ) < 0,
(6.1)
k=1
ãäå âåëè÷èíû rk , k = 1, 2, 3, 4 óäîâëåòâîðÿþò óðàâíåíèþ
(r2 − q 2 )4 + (2λr2 (r2 − q 2 )2 + r4 )(1 − g(r2 − q 2 )) = 0,
(6.2)
à âåëè÷èíó r5 íàõîäèì èç óðàâíåíèÿ (3.6),
√
r5 = − q 2 + g1−1 .
(6.3)
 ìîäåëè ÒÐ ýëåìåíò êðàÿ èìååò 5 ñòåïåíåé ñâîáîäû, ïîýòîìó ðàññìàòðèâàåì 32 âàðèàíòà ãðàíè÷íûõ óñëîâèé, âûòåêàþùèå èç òàáëèöû
(1)
u = 0,
T1 = 0,
(0),
(1)
v = 0,
S = 0,
(0),
(1)
w = 0,
Q̂1 = 0,
(0),
(1)
φ1 = 0,
M1 = 0,
(0),
(1)
φ2 = 0,
H = 0,
(0),
(6.4)
ãäå Q̂1 = Q1 − P w′ . Ïî ñðàâíåíèþ ñ òàáëèöåé (5.3) çäåñü èçìåíèëàñü òðåòüÿ
ñòðîêà è äîáàâèëàñü ïÿòàÿ.
Ïðè k = 1, 2, 3, 4 äëÿ ôóíêöèé u, v, w, T1 , S êîýôôèöèåíòû zk , âõîäÿùèå
13
â (6.1), âû÷èñëÿþòñÿ ïî òåì æå ôîðìóëàì (5.4), à îñòàëüíûå êîýôôèöèåíòû ðàâíû
φ1k = −
M1k
rk
,
1 − g(rk2 − q 2 )
rk2 − νq 2
=
,
1 − g(rk2 − q 2 )
φ2k = −
Q̂1k
q
,
1 − g(rk2 − q 2 )
Hk =
rk (rk2 − q 2 )
=−
− 2λrk .
1 − g(rk2 − q 2 )
(1 − ν)rk q
,
1 − g(rk2 − q 2 )
(6.5)
Äëÿ êîðíÿ r5 èìååì
u5 = v5 = w5 = T15 = S5 = 0.
(6.6)
Ïîëîæèì Θk = 1 è íàéäåì êîýôôèöèåíòû z5 â (6.1)
φ15 = −q, φ25 = −r5 , M15 = r5 q(1 − ν),
(6.7)
1−ν 2
1−ν 2
2
2
H5 =
(r5 + q ), Q̂15 =
q(q − r5 ).
2
2
Êàê è ðàíåå, ñîáñòâåííûå çíà÷åíèÿ λ(q, g) óäîâëåòâîðÿþò óðàâíåíèþ
∆5 (λ, q, g) = 0,
(6.8)
ãäå ∆5 îïðåäåëèòåëü ïÿòîãî ïîðÿäêà, ïîëó÷àþùèéñÿ ïðè óäîâëåòâîðåíèè
5 ãðàíè÷íûõ óñëîâèé.
Ïðåæäå, ÷åì èñêàòü êîðíè óðàâíåíèÿ (6.8), íàéäåì îáëàñòü ïàðàìåòðîâ
(λ, p, g), ïîäëåæàùóþ ðàññìîòðåíèþ. Êîðíè λ äîëæíû áûòü ìåíüøå çíà÷åíèé, îïðåäåëÿåìûõ èç âûðàæåíèÿ (4.4), ïðè êîòîðûõ ðåàëèçóþòñÿ ôîðìû
(4.1) âíóòðåííåé ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè. Èñêîìàÿ îáëàñòü ñîñòîèò èç çíà÷åíèé
λ(q, g) = min λÒÐ (p, q).
p
(6.9)
Äëÿ ðÿäà çíà÷åíèé ïàðàìåòðà g ýòà îáëàñòü ðàñïîëîæåíà íèæå êðèâûõ,
ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 2.
Âàðèàíòû 32 ãðàíè÷íûõ óñëîâèé ðàçîáüåì íà òå æå 4 ãðóïïû, ÷òî è â
ï.5.
Ãðóïïà 1 âêëþ÷àåò óñëîâèÿ (00000), (01001) è (10000), õàðàêòåðíûå òåì,
÷òî ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè ñäâèãîâîãî ïàðàìåòðà g ìèíèìóì ïàðàìåòðà íàãðóçêè λ(q, g) äîñòèãàåòñÿ ïðè q > 0. Äëÿ óñëîâèé (00000) êðèâûå
ïîêàçàíû íà ðèñ. 3.
14
Ðèñ. 2. Îáëàñòü ïîèñêà êîðíåé óðàâíåíèÿ (6.7).
Ðèñ. 3. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè λ îò q äëÿ âàðèàíòà ãðàíè÷íûõ óñëîâèé
T1 = S = Q̂1 = M1 = H = 0 ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà g :
1 g = 0.1; 2 g = 0.3; 3 g = 0.5; 4 g = 0.7; 5 g = 0.9.
Ãðóïïà 2 ñîñòîèò èç 9 âàðèàíòîâ (00001), (00010), (00100), (00101), (10001),
(10100), (10101), (11000) è (11001). Äëÿ íèõ ôóíêöèÿ λ(q, g) èìååò ìèíèìóì
ïðè q = 0. Êðèâûå λ(q, g) äëÿ (10001) ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4.
Ðèñ. 4. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè λ îò q äëÿ âàðèàíòà ãðàíè÷íûõ óñëîâèé
u = S = Q̂1 = M1 = φ2 = 0 ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà g :
1 g = 0.1; 2 g = 0.3; 3 g = 0.5; 4 g = 0.7; 5 g = 0.9.
15
Ãðóïïà 3 âêëþ÷àåò óñëîâèÿ (00011), (01010) è (11100). Äëÿ íèõ êðèâûå
λ(q, g) ðàñïîëîæåíû âáëèçè ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 2 ãðàíèö ñóùåñòâîâàíèÿ
ëîêàëèçîâàííûõ â îêðåñòíîñòè êðàÿ ðåøåíèé. Êðèâûå λ(q, g) äëÿ (01010)
ïðèâåäåíû íà ðèñ. 5.
Ðèñ. 5. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè λ îò q äëÿ âàðèàíòà ãðàíè÷íûõ óñëîâèé
T1 = v = Q̂1 = φ1 = H = 0 ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà g :
1 g = 0.1; 2 g = 0.3; 3 g = 0.5; 4 g = 0.7; 5 g = 0.9.
Ãðóïïó 4 îáðàçóþò âàðèàíòû, äëÿ êîòîðûõ ëîêàëèçàöèÿ ôîðìû ïîòåðè
óñòîé÷èâîñòè âáëèçè êðàÿ íå èìååò ìåñòà.
Ïðè îáñóæäåíèè ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ îòìåòèì ñíà÷àëà äâà î÷åâèäíûõ ôàêòà. Âî-ïåðâûõ, ñ ðîñòîì ïàðàìåòðà g , ò.å. ñ óìåíüøåíèåì æåñòêîñòè
íà ïîïåðå÷íûé ñäâèã, ôóíêöèÿ λ(q, g) óáûâàåò. Âî-âòîðûõ, áîëåå æåñòêîìó
ãðàíè÷íîìó óñëîâèþ (÷òî ñâîäèòñÿ ê çàìåíå (0) íà (1) â øèôðå âàðèàíòà)
ñîîòâåòñòâóåò áîëüøåå çíà÷åíèå λ(q, g) èëè ïåðåõîä â ãðóïïó 4.
Ëîêàëèçîâàííûå ôîðìû êîëåáàíèé ñèñòåìû (3.3), (3.6), (3.7), êàê è ðàíåå, èùåì â âèäå
w(x) =
5
∑
Ck wk erk x ,
Re(rk ) < 0.
(6.9)
k=1
Äëÿ ïîñòðîåíèÿ ôîðì êîëåáàíèé ïðè âûáðàííîì çíà÷åíèè ñäâèãîâîãî
ïàðàìåòðà g = 0.5 è êðèòè÷åñêîé íàãðóçêè ïîëîæèì C1 = 1 è íàéäåì
êîýôôèöèåíòû Ck ïðè k = 2, 3, 4, 5 â (6.9) èç ñèñòåìû óðàâíåíèé
A · C = 0,
(6.10)
ãäå (6.10) ëèíåéíàÿ ñèñòåìà ïÿòè óðàâíåíèé îòíîñèòåëüíî ïîñòîÿííûõ
16
Ck , ïîëó÷åííàÿ ïóòåì ïåðåìíîæåíèÿ ìàòðèöû A, ñîñòàâëåííîé èç ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé, è âåêòîðà êîýôôèöèåíòîâ C. Íàïðèìåð, äëÿ ñâîáîäíîãî êðàÿ T1 = S = Q∗1 = M1 = 0 óðàâíåíèå (6.10) èìååò
âèä
C1 T11 + C2 T12 + C3 T13 + C4 T14 + C5 T15 = 0,
C1 S1 + C2 S2 + C3 S3 + C4 S4 + C5 S5 = 0,
C1 Q̂11 + C2 Q̂12 + C3 Q̂13 + C4 Q̂14 + C5 Q̂15 = 0,
(6.11)
C1 M11 + C2 M12 + C3 M13 + C4 M14 + C5 M15 = 0,
C1 H1 + C2 H2 + C3 H3 + C4 H4 + C5 H5 = 0.
Äëÿ ñðàâíåíèÿ ðåçóëüòàòîâ íîðìèðóåì ôóíêöèè ïðîãèáà òàêèì îáðàçîì,
÷òîáû èõ ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ðàâíÿëîñü 1. Íèæå íà ðèñ.6, ðèñ.7 è ðèñ.8
ïðèâåäåíû ïðèìåðû ôîðì êîëåáàíèé äëÿ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé (00000),(10001)
è (01010), êîòîðûå áûëè ðàññìîòðåíû ðàíåå.  ñëó÷àå (01010) ôîðìà ïðîãèáà ñðàâíèòåëüíî ìåäëåííî çàòóõàåò ïðè óäàëåíèè îò êðàÿ èç-çà òîãî, ÷òî
õàðàêòåðèñòè÷åñêîå óðàâíåíèå (6.2) èìååò êîðíè ñ ìàëîé ïî ìîäóëþ âåùåñòâåííîé ÷àñòüþ.
Ðèñ. 6. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè w îò x äëÿ âàðèàíòà ãðàíè÷íûõ óñëîâèé
T1 = S = Q̂1 = M1 = H = 0 ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà q :
1 q = 0.2; 2 q = 0.4; 3 q = 0.6; 4 q = 0.8.
Âûøå ðàññìîòðåíà ëîêàëèçàöèÿ ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè âáëèçè êðàÿ
x = 0 îáîëî÷êè. Ïðè ýòîì íóæíî èìåòü â âèäó äâà îáñòîÿòåëüñòâà. Âîïåðâûõ, ðàññìàòðèâàåìûé êðàé äîëæåí èìåòü áîëåå ñëàáîå çàêðåïëåíèå,
÷åì ïðîòèâîïîëîæíûé (ò.å. åìó ñîîòâåòñòâóåò ìåíüøåå çíà÷åíèå ôóíêöèè
λ(q, g)).  ïðîòèâíîì ñëó÷àå êðàÿ ìåíÿþòñÿ ðîëÿìè. Åñëè æå çíà÷åíèÿ
17
Ðèñ. 7. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè w îò x äëÿ âàðèàíòà ãðàíè÷íûõ óñëîâèé
u = S = Q̂1 = M1 = φ2 = 0 ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà q :
1 q = 0.2; 2 q = 0.4; 3 q = 0.6; 4 q = 0.8.
Ðèñ. 8. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè w îò x äëÿ âàðèàíòà ãðàíè÷íûõ óñëîâèé
T1 = v = Q̂1 = φ1 = H = 0 ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà q :
1 q = 0.2; 2 q = 0.4; 3 q = 0.6; 4 q = 0.8.
λ(q, g) ñîâïàäàþò, âîçìîæíà ëîêàëüíàÿ ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè âáëèçè îáîèõ êðàåâ îäíîâðåìåííî. Âî-âòîðûõ, íåîáõîäèìî ñëåäèòü çà òåì, óñïååò ëè
çàòóõíóòü ôîðìà ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè äî ïðèõîäà ê ïðîòèâîïîëîæíîìó
êðàþ.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå âëèÿíèåì âòîðîãî êðàÿ íåëüçÿ ïðåíåáðåãàòü, è
íóæíî ðåøàòü êðàåâóþ çàäà÷ó, óäîâëåòâîðÿÿ 10 ãðàíè÷íûì óñëîâèÿì íà
îáîèõ êðàÿõ. Äëÿ çàäà÷è î ïîòåðå óñòîé÷èâîñòè öèëèíäðè÷åñêîé ïàíåëè
ñî ñëàáî çàêðåïëåííûì ïðÿìîëèíåéíûì êðàåì ïî ìîäåëè ÊË âëèÿíèå çàêðåïëåíèÿ ïðîòèâîïîëîæíîãî êðàÿ îáñóæäàåòñÿ â [19].
Äâà ïðåäåëüíûõ ïåðåõîäà g → 0 è q → 0 çàñëóæèâàþò îòäåëüíîãî îáñóæäåíèÿ è ðàññìàòðèâàþòñÿ â ñëåäóþùèõ ïàðàãðàôàõ.
18
7 Ïðåäåëüíûé ïåðåõîä îò ìîäåëè ÒÐ ê ìîäåëè ÊË.
Ïîëîæèòü g = 0 â ôîðìóëàõ ï.6 íåëüçÿ, èáî ïðè ýòîì r5 = −∞. Ïîýòîìó
ðàññìîòðèì óðàâíåíèå (6.8) ïðè g > 0, g → 0. Ðàçëîæèì îïðåäåëèòåëü
∆5 (λ, q, g) ïî ýëåìåíòàì ïÿòîãî ñòîëáöà è ïîëó÷èì
∆5 (λ, q, g) = A3 Z3 + A4 Z4 + A5 Z5 = 0,
(7.1)
ãäå Ak , k = 3, 4, 5 àëãåáðàè÷åñêèå äîïîëíåíèÿ ýëåìåíòîâ ïÿòîãî ñòîëáöà
Zk .  ñèëó (6.4), (6.6) áóäåò Z1 = Z2 = 0, à â çàâèñèìîñòè îò ãðàíè÷íûõ
óñëîâèé (6.4) ñ ó÷åòîì ôîðìóë (6.7), (6.3) è (3.6) ïîëó÷àåì
1−ν 2
q(q − r52 ) ∼ g −1 ,
2
Z3 =
w5 = 0
èëè
Q̂15 =
Z4 =
φ15 = −q ∼ 1
èëè
M15 = r5 q(1 − ν) ∼ g −1/2 ,
Z5 =
φ25 = −r5 ∼ g −1/2
èëè
H5 =
(7.2)
1−ν 2
(r5 + q 2 ) ∼ g −1 .
2
Íàèáîëüøóþ îñîáåííîñòü ïðè g → 0 èìåþò âåëè÷èíû Q̂15 è H5 . Åñëè
â ÷èñëå 5 ãðàíè÷íûõ óñëîâèé ïðèñóòñòâóþò óñëîâèÿ Q̂1 = H = 0, òî,
çàìåíÿÿ òðåòüþ ñòðîêó îïðåäåëèòåëÿ ∆5 (λ, q, g) íà ëèíåéíóþ êîìáèíàöèþ
Q∗1 = Q̂1 + qH òðåòüåé è ïÿòîé ñòðîê, ïîëó÷àåì, ÷òî ýëåìåíò H5 èìååò
íàèáîëüøèé ïîðÿäîê, à ðàâåíñòâî íóëþ ìíîæèòåëÿ ïðè íåì ñîâïàäàåò ñ
óðàâíåíèåì (5.6) ìîäåëè ÊË. Ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ, ñîäåðæàùèå óñëîâèÿ w =
H = 0 òàêæå ïðèâîäÿò ê óðàâíåíèþ (5.6) ìîäåëè ÊË.
Ãðàíè÷íîå óñëîâèå φ2 = 0 â ìîäåëè ÊË íå ñòàâèòñÿ. Ïîýòîìó ïðåäåëüíûé ïåðåõîä ïðè g → 0 â âàðèàíòàõ, ñîäåðæàùèõ óñëîâèå φ2 = 0, ïðèâîäèò
ê íîâûì ðåçóëüòàòàì, íå ïîëó÷àþùèìñÿ èç ìîäåëè ÊË.
8 Ïðåäåëüíûé ïåðåõîä ïðè q → 0.
Ïðè q = 0 óðàâíåíèå èìååò äâå ïàðû íóëåâûõ êîðíåé, îòêóäà ñëåäóåò,
÷òî ñðåäè ðåøåíèé â ôîðìóëå (6.1) ïðèñóòñòâóþò íåçàòóõàþùèå ïðè óäàëåíèè îò êðàÿ ôóíêöèè. Äëÿ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé èç ãðóïïû 2 ôóíêöèÿ λ(q, g)
ìèíèìàëüíà ïðè q = 0. Ïîýòîìó ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè ïðîèñõîäèò ïðè ìèíèìàëüíî âîçìîæíîì çíà÷åíèè q = µm, à èìåííî, ïðè m = 2, q = 2µ
19
(ñëó÷àé m = 1 ñîîòâåòñòâóåò ïåðåìåùåíèþ ñå÷åíèÿ, êàê òâåðäîãî òåëà). Ñ
äðóãîé ñòîðîíû, ïðè m = 2 òî÷íîñòü èñïîëüçóåìîé ñèñòåìû óðàâíåíèé ïîëîãèõ îáîëî÷åê íåäîñòàòî÷íà. Äëÿ óòî÷íåíèÿ âòîðîå óðàâíåíèå (2.3) íóæíî
çàìåíèòü íà S ′ + mT2 /R + Q2 /R = 0 è âçÿòü â (2.6) óòî÷íåííîå âûðàæåíèå
äëÿ êðèâèçíû κ2 = −(m2 − 1)w/R. Óêàçàííûå óòî÷íåíèÿ èìåþò îòíîñèòåëüíûé ïîðÿäîê 1/m2 (ðàâíûé 0.25 ïðè m = 2) è çäåñü íå ðàññìàòðèâàþòñÿ. Îäíàêî ñàì ôàêò ïîÿâëåíèÿ ëîêàëèçîâàííûõ âáëèçè êðàÿ ôîðì
ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè, ñîïðîâîæäàþùèõñÿ ñíèæåíèåì êðèòè÷åñêîé íàãðóçêè, ñîìíåíèé íå âûçûâàåò.
9 Çàêëþ÷åíèå
Íàéäåíà êðèòè÷åñêàÿ íàãðóçêà è ôîðìà ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè êðóãîâîé
òðàíñâåðñàëüíî èçîòðîïíîé öèëèíäðè÷åñêîé îáîëî÷êè ïðè îñåâîì ñæàòèè.
Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî êðèâîëèíåéíûé êðàé îáîëî÷êè ñëàáî çàêðåïëåí èëè
ñâîáîäåí. Ïðè ýòîì âîçìîæíî ïîÿâëåíèå ôîðìû ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè, ëîêàëèçîâàííîé âáëèçè ýòîãî êðàÿ, ñ îäíîâðåìåííûì ñíèæåíèåì êðèòè÷åñêîé
íàãðóçêè. Ðàíåå ýòà çàäà÷à áûëà ðåøåíà èñõîäÿ èç äâóõìåðíîé ìîäåëè ÊË.
Çäåñü ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî æåñòêîñòü íà ïîïåðå÷íûé ñäâèã ìàëà, è äëÿ ðåøåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ìîäåëü ÒÐ.
Áåçðàçìåðíàÿ êðèòè÷åñêàÿ íàãðóçêà λ(q, g) çàâèñèò îò äâóõ îñíîâíûõ
áåçðàçìåðíûõ ïàðàìåòðîâ ïàðàìåòðà âîëíîîáðàçîâàíèÿ â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè q è ïàðàìåòðà ïîïåðå÷íîãî ñäâèãà g . Ïðè âîëíîîáðàçîâàíèè
âíóòðè îáîëî÷êè èìååò ìåñòî îñåñèììåòðè÷íàÿ ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè (q =
0). Ïðè g = 0 èìååì êëàññè÷åñêîå çíà÷åíèå íàãðóçêè λ = 1, ïîëó÷åííîå
èñõîäÿ èç ìîäåëè ÊË. Ñ ðîñòîì g (èëè ñ óìåíüøåíèåì æåñòêîñòè íà ïîïåðå÷íûé ñäâèã) íàãðóçêà óáûâàåò ïî ëèíåéíîìó çàêîíó (λ = 1−0.5g ) âïëîòü
äî çíà÷åíèÿ g ≈ 1. Ïðè g ≥ 1 ìàòåðèàë òåðÿåò óñòîé÷èâîñòü.
Åñëè êðàé îáîëî÷êè ñâîáîäåí èëè ñëàáî çàêðåïëåí, âîçìîæíà ïîòåðÿ
óñòîé÷èâîñòè ïî ôîðìå, ëîêàëèçîâàííîé âáëèçè ýòîãî êðàÿ. Ïî ìîäåëè ÒÐ
äåôîðìàöèÿ êðàåâîãî ýëåìåíòà îïèñûâàåòñÿ 5-þ îáîáùåííûìè êîîðäèíà-
20
òàìè, ïîýòîìó ðàññìîòðåíû 25 = 32 âîçìîæíûõ âàðèàíòà ãðàíè÷íûõ óñëîâèé â çàâèñèìîñòè îò òîãî, çàêðåïëåíû èëè ñâîáîäíû ýòè êîîðäèíàòû. Â
15 âàðèàíòàõ âîçìîæíà ëîêàëèçîâàííàÿ âáëèçè êðàÿ ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè,
è èññëåäîâàíî ïîâåäåíèå ôóíêöèé λ(q, g).
Èññëåäîâàíà ðîëü ïÿòîãî ãðàíè÷íîãî óñëîâèÿ â ìîäåëè ÒÐ, êîòîðîå îòñóòñòâóåò â ìîäåëè ÊË. Óñòàíîâëåíî, ÷òî åñëè âûïîëíåíî ãðàíè÷íîå óñëîâèå H = 0, òî ïðè g → 0 ðåçóëüòàòû ïî ìîäåëè ÒÐ ïåðåõîäÿò â àíàëîãè÷íûå
ðåçóëüòàòû ìîäåëè ÊË. Åñëè çàäàíî çàêðåïëåíèå φ2 = 0, òî ìîäåëü ÒÐ ïðè
g → 0 äàåò íîâûå ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîäåëüþ ÊË ðåçóëüòàòû.
21
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23
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