Локальные формы потери устойчивости тонкостенного резервуара.

[Jesse 958]

Считаю большую ёмкость для хранения воды. Нержавейка, диаметр 18 метров. Крыша весьма тоненькая - 4 мм (с учётом минусового допуска я закладывал 3,5 мм), снизу оребрение (швеллера, уголки, полосы).

 

Из нагрузок только сила тяжести и гидростатика (вода ниже уровня крыши) Также есть режим проектного землетрясения, но это уже отдельная история.

Проблемы наблюдаются при расчете устойчивости конической крыши: коэффициенты весьма малы. На картинках представлены формы 1, 2, 3 и 9.

Видно что они растут они медленно и все локальные. (Это уже второй расчет, с усиленным оребрением - в первом варианте коэффициенты были около единицы). 
С такими коэффициентами вряд ли можно сказать, что по устойчивости крыша проходит, но все формы локальные и соответствуют выпучиванию вследствие сжатия лишь отдельных секций крыши. Можно ли этой "локальностью" форм потери устойчивости заверить заказчика, что тип всё ок будет, т.к. глобально крыша не схлопнется?
Иначе говоря, можно ли эти локальные формы потери устойчивости не считать опасными?

Изменено 31 августа 2021 пользователем Jesse

[Jesse 958]

4 часа назад, Guterfreund сказал:

Нагрузки ведь и геометрия условно симметричны.

болтовой узел крепления к фундаменту разве что считал с циклической симметрией и виртуальной стенкой (гэп элементы, сопротивляющиеся только сжатию), ну то есть по сути контактная задача. В глобальных моделях же тупо закрепил за днище без контактной задачи.

1 минуту назад, Guterfreund сказал:

Для такого резервуара правильным было бы учесть совместные колебания жидкости и стенок, например, как это описано в НП-031. Численно, конечно интереснее...

да, но бак у меня почти полный :)

52 минуты назад, ДОБРЯК сказал:

Определите 300 или 400 форм и посмотрите какие это будут формы.

определил 140. То же самое. Дошёл до коэф-та 3, но потери устойчивости швеллера (глобальной) так и не увидел..

[статист 608]

@Jesse приложи к расчету игрушку пупырку. Может так успокоишь?)

 

 

1 час назад, Jesse сказал:

да, но бак у меня почти полный :)

@Jesse по этому вопросу тут предлагают разные варианты

https://www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=73820

 

Вообще в настране, коде_астер, ансисе есть специальные элементы, которые учитывают массу жидкости.

В Солиде можно наверное RBE3 элементами массу прикрепить в центре масс жидкости, благо в последних версиях солида эта возможность появилась.

Изменено 1 сентября 2021 пользователем статист

[Jesse 958]

29 минут назад, статист сказал:

В Солиде можно наверное RBE3 элементами массу прикрепить в центре масс жидкости, благо в последних версиях солида эта возможность появилась.

прикрепить можно, но тогда стенки бака станут недеформируемы ...

[статист 608]

8 минут назад, Jesse сказал:

прикрепить можно, но тогда стенки бака станут недеформируемы ...

в 20 и 21 версии (насчет 20 точно не уверен) появились кнопочки "жесткий" и "распределенный" при выборе удаленной массы. Жесткий - это RBE2 в настран, распределенный - RBE3. Вот как раз при "распределенном" и будут деформируемые, попробуй так.

[Jesse 958]

9 минут назад, статист сказал:

в 20 и 21 версии (насчет 20 точно не уверен) появились кнопочки "жесткий" и "распределенный" при выборе удаленной массы. Жесткий - это RBE2 в настран, распределенный - RBE3. Вот как раз при "распределенном" и будут деформируемые, попробуй так.

круто!) да, пора уже обновляться!)

[Jesse 958]

7 часов назад, Guterfreund сказал:

Расскажите потом, как сейсмику такого бака считали.

крышу по идее можно отдельно было прикинуть тоже.. туда вода всё равно не действует..)

[Guterfreund 75]

01.09.2021 в 15:33, Jesse сказал:

туда вода всё равно не действует..

Если бак полный, то на крышу будет действовать гидродинамическое давление жидкости при сейсмическом воздействии! Будет ли оно больше гидростатического, направленного в противоположенную сторону, зависит от сейсмических ускорений.

[Jesse 958]

Цитата

Современные фюзеляжи, как правило, выполняются по схеме усиленного монокока, при этом допускается коробление внешних панелей под нагрузкой — оно не приводит к разрушению конструкции в целом. См. также Сталь-8, МиГ-5, МиГ-25

Если, конечно, под короблением подразумевают потерю устойчивости...

Взято отсюдаво

https://ru.wikipedia.org/wiki/Монокок

[Jesse 958]

кстати, а Старшип Илона Маска - там ведь по идее Монокок, не?

[AlexKaz 1 820]

8 часов назад, Jesse сказал:

там ведь по идее Монокок, не?

Полумонокок. Оребрённая оболочка вращения, скорее всего, многослойная. Внутри по диаметру, наверное, как в кузовах 60-тонных зерновозов стоят стержни-рёбра чтобы конструкция не схлопнулась при изгибах.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Starship_internal_structure.jpg

https://pikabu.ru/story/skhema_spacex_starship_v_razreze_ot_toma_diksona_7948445

[Orchestra2603 223]

@Jesse  Честно говоря, когда проявляются такие формы потери устойчивости, когда выпуклости образуются не по всей крыше, а только в какой-то ее части, и это не связано с какими-то конструктивными особенностями, это все вызывает у меня сомнения.

 

Я бы попробовал включить в модель какую-то неидеальность (хз, как это делаетсяв Solidworks, в Ансисе можно, например, немножко нагрузить и "апдейтнуть" модель, чтобы она приняла деформированную форму). И потом просто погонял бы на нелинейную статику на нагрузку сильно больше критической. Наверное, при разной геометрии изначальной погиби можно ожидать разное поведение и разные "реальные" коэффициенты запаса.

Изменено 3 августа 2023 пользователем Orchestra2603

[Bonus 70]

25 минут назад, Orchestra2603 сказал:

@Jesse  Честно говоря, когда проявляются такие формы потери устойчивости, когда выпуклости образуются не по всей крыше, а только в какой-то ее части, и это не связано с какими-то конструктивными особенностями, это все вызывает у меня сомнения.

 

Я бы попробовал включить в модель какую-то неидеальность (хз, как это делаетсяв Solidworks, в Ансисе можно, например, немножко нагрузить и "апдейтнуть" модель, чтобы она приняла деформированную форму). И потом просто погонял бы на нелинейную статику на нагрузку сильно больше критической. Наверное, при разной геометрии изначальной погиби можно ожидать разное поведение и разные "реальные" коэффициенты запаса.

Немного не так. Считаем модальный расчет, далее, получаем деформирофанную модель по интересной форме с нужным масштабом. Ее деоформированную форму перегоняем в модель (перемещения можно брать в соответствии с допускаемыми геометрическими отклонениями. И уже считаем на устойчивость. Примеры такие есть. Плюс в том, что модальная форма это та форма по которой скорее всего и будет потеря устойчивости. Можно, подругому сделать добавить поперечную силу, как это в строительстве делается см. P-delta эффект.

Что касается самолетной тематики, то локальную потерю устойчивости можно видеть на крыле самолета, когда он перекладывается в сторону, сам такое видел не раз когда летал, если сидишь у окна над крылом.

Стержневая модель не учтет сдвиговую жесткость панелей, но ей можно пренебречь, в авиации используют эффективную ширину оболочки, т.е. ту часть оболочки, которую можно брать в расчет стержневой модели, но это делают при ручном счете, когда реакции есть из глобальной модели, т.е. в глобальной модели оболочка учитывается.

Что касается расчета устойчивости панелей, то лучше их считать ручным методом, так как важно учитывать многие факторы, типа условий закрепления и неоднородность материалов, это обычно заносится в кривые, используемые в ручном расчете. На входе вы используете напряжения в панели полученные из глобальной модели.

[Jesse 958]

1 час назад, Orchestra2603 сказал:

Честно говоря, когда проявляются такие формы потери устойчивости, когда выпуклости образуются не по всей крыше, а только в какой-то ее части, и это не связано с какими-то конструктивными особенностями, это все вызывает у меня сомнения.

ну можно ведь просчитать в запас: выкинуть обшивку, посчитать только лишь "скелет" в запас, без обшивки. Если скелет проходит без обшивки, значит и с обшивкой всё будет збс. На всякий учесть массу обшивки

 

1 час назад, Orchestra2603 сказал:

Я бы попробовал включить в модель какую-то неидеальность (хз, как это делаетсяв Solidworks, в Ансисе можно, например, немножко нагрузить и "апдейтнуть" модель, чтобы она приняла деформированную форму). И потом просто погонял бы на нелинейную статику на нагрузку сильно больше критической. Наверное, при разной геометрии изначальной погиби можно ожидать разное поведение и разные "реальные" коэффициенты запаса.

Изменено 1 час назад пользователем Orchestra2603

метода понятная, хорошая и грамотная.. Но для больших имхо жадновато будет..))

1 час назад, Bonus сказал:

Примеры такие есть

в студию

 

1 час назад, Bonus сказал:

Считаем модальный расчет, далее, получаем деформирофанную модель по интересной форме с нужным масштабом. Ее деоформированную форму перегоняем в модель (перемещения можно брать в соответствии с допускаемыми геометрическими отклонениями. И уже считаем на устойчивость.

и как понять с каким масштабом брать перемешения?

 

1 час назад, Bonus сказал:

Плюс в том, что модальная форма это та форма по которой скорее всего и будет потеря устойчивости.

ага.
Вот пример чуть посложнее одномерного стержня, 2D (цилиндр)

Частота 1-я форма:

 

Устойчивость 1-я форма:

[Jesse 958]

1 час назад, Bonus сказал:

Что касается расчета устойчивости панелей, то лучше их считать ручным методом, так как важно учитывать многие факторы, типа условий закрепления и неоднородность материалов, это обычно заносится в кривые, используемые в ручном расчете. На входе вы используете напряжения в панели полученные из глобальной модели.

 

сгораю от любопытства, как же вы будете считать вот такую вот панель. вручную.................

 

[Bonus 70]

1 минуту назад, Jesse сказал:

 

сгораю от любопытства, как же вы будете считать вот такую вот панель. вручную.................

 

Вот именно такие панели я когда то считал. Мы с вами говорим о местной потери устойчивости, а это значит о квадратиках между усилений, даже на квадратики с отверстием есть кривые.

Цитата

и как понять с каким масштабом брать перемешения?

Я же писал Вам:

Цитата

(перемещения можно брать в соответствии с допускаемыми геометрическими отклонениями.

Это можно в конструкторской документации найти или в ТУ, или требованиях приемки. Для строительных конструкций в стандартах, например для колонн 1/200 от длины.

Цитата

в студию

может в гугл?

 

вот пример:

https://cae-club.ru/publications/nelineynyy-analiz-poteri-ustoychivosti

здесь даже в качестве базы используется линейный баклинг, что вожет быть ответ на другой вопрос с цветными картинками.

 

 

[Jesse 958]

03.08.2023 в 17:21, Bonus сказал:

https://cae-club.ru/publications/nelineynyy-analiz-poteri-ustoychivosti

здесь даже в качестве базы используется линейный баклинг, что вожет быть ответ на другой вопрос с цветными картинками.

ну тут не факт, что реально критическое (и закритическое) поведение пойдёт именно по первоначально заданной форме из линейного баклинга. То есть в конструкции может быть такой дефект, который не соответствует ни одной форме линейной потери устойчивости...
Скорей всего, наиболее правильная стратегия - просто перебирать в нелинейном расчете различные начальные линейные формы и дефекты, чтоб определить наихудший сценарий. По нему и назначать запас

[Orchestra2603 223]

On 8/3/2023 at 3:38 PM, Bonus said:

плюс в том, что модальная форма это та форма по которой скорее всего и будет потеря устойчивости.

Это абсолютно не факт! Форма колебаний связана с распределением по модели упругих и инерционных свойств (в общем случае и диссипативных тоже), а форма потери устойчивости связана с тем как будут рапределяться дополнительные деформации в конструкции в критическом случае. Это принципиально две разные вещи.

On 8/3/2023 at 3:38 PM, Bonus said:

Ее деоформированную форму перегоняем в модель ... . И уже считаем на устойчивость.

Не вижу особой разницы, если речь идет о линйеном баклинге и малых исходных деформациях. Например, глобальная матрица геометрической жесткости системы для балочной модели только слегка изменится из-за изменений в локальных матрицах геометрической жетскости элемента (из-за поворота локальной системы координат). На коэффициенты запаса это врядли сильно повлияет в сравнении с изначальной "идеальной" конструкцией.

[Jesse 958]

2 часа назад, Orchestra2603 сказал:

Это абсолютно не факт! Форма колебаний связана с распределением по модели упругих и инерционных свойств (в общем случае и диссипативных тоже), а форма потери устойчивости связана с тем как будут рапределяться дополнительные деформации в конструкции в критическом случае. Это принципиально две разные вещи.

наверно всех вводит в конфуз именно каноничная шарнирная балочка: и в модальнике одна полуволна, и устойчивость одна полуволна. Экстраполируют результат на более сложные формы и размерности, и попадают впросак..))

03.08.2023 в 17:21, Bonus сказал:

Мы с вами говорим о местной потери устойчивости, а это значит о квадратиках между усилений, даже на квадратики с отверстием есть кривые.

а целиком панель как будете считать?)

[soklakov 1 475]

06.08.2023 в 00:05, Jesse сказал:

Экстраполируют результат на более сложные формы и размерности, и попадают впросак..))

наблюдать в реальности форму потери устойчивости отличную от первой крайне проблематично. надо будет очень сильно помочь.

[Bonus 70]

05.08.2023 в 15:13, Jesse сказал:

ну тут не факт, что реально критическое (и закритическое) поведение пойдёт именно по первоначально заданной форме из линейного баклинга. То есть в конструкции может быть такой дефект, который не соответствует ни одной форме линейной потери устойчивости...
Скорей всего, наиболее правильная стратегия - просто перебирать в нелинейном расчете различные начальные линейные формы и дефекты, чтоб определить наихудший сценарий. По нему и назначать запас

Что значит дефект? Если в конструкции допустим ненормированный дефект то такие конструкции не считают и здесь не обсуждают. Есть допустимые отклонения, которые если не нормированы, то указаны в чертеже и они известны. Да есть множество фактов о которых мы здесь не говорим, но они сильно влияют на устойчивость, помимо геометрических отклонений, например остаточные напряжения после сварки, в том числе если имеем сварные профиля, термообработка проката является трубы холоднокатанные или нормализованны.  Как моделировались соединения типа болтов, клепки и т.п.

 

Цитата

Это абсолютно не факт! Форма колебаний связана с распределением по модели упругих и инерционных свойств (в общем случае и диссипативных тоже), а форма потери устойчивости связана с тем как будут рапределяться дополнительные деформации в конструкции в критическом случае. Это принципиально две разные вещи.

Форма потери устойчивости/колебаний связанна с собственными векторами и собственными формами. Это геометрия объекта и его закрепление. Это наиболее выгодная энергетическая форма для процесса деформации объекта. А вот на номер моды может влиять нагрузка, например боковая и это будет критично. Неидеальность формы может вызвать поперечную нагрузку, что может сильно повлиять на выбор моды и критическую силу, от основной нагрузки. Это учебник сопромата.

Цитата

Не вижу особой разницы, если речь идет о линйеном баклинге и малых исходных деформациях. Например, глобальная матрица геометрической жесткости системы для балочной модели только слегка изменится из-за изменений в локальных матрицах геометрической жетскости элемента (из-за поворота локальной системы координат). На коэффициенты запаса это врядли сильно повлияет в сравнении с изначальной "идеальной" конструкцией.

Ну Вы не видете, а другие видят. Поэтому в американском строительном коде ASIC 360 написано про пи-дельта эффект, и много мануалов в сети. Геометрическое несовершенство колонн 1/200 может существенно повлиять на устойчивость зданий.

Цитата

наверно всех вводит в конфуз именно каноничная шарнирная балочка: и в модальнике одна полуволна, и устойчивость одна полуволна. Экстраполируют результат на более сложные формы и размерности, и попадают впросак..))

Я вам скажу больше для очень сложных объектов не действуют законы Ньютона, ну почти не действуют или действуют но не на 100%, всего то надо до скорости света разогнаться.