Ghostscript wrapper for D:\BBB-ARCH\MTS69\MTS69_t7z1_4_PDF\mts69_t7z1.pdf M E C H A N I K A T E O R E T Y C Z N A I S T O S O W A N A I, 7 (1969) S T A N S P R Ę Ż Y S TO P L A S TY C Z N Y I P E Ł Z A N I E G E O M E T R Y C Z N I E N I E L I N I O W E J P O W Ł O K I S TO Ż KO W E J Reologiczn e za ga dnienia geometrycznie n ielin iow ych powłok (przy założ eniach u p r a s z czają cych: ob rotowej s ymetrii i b r a k u s ta nu gię tnego) było p r zed miotem rozważ ań a u tor a w p r a cy [ 1 1 ] . W p r a cy tej została uogólniona n a za kres powłok ob r otow o s ymetr yczn ych w stanie błonowym p od a n a przez B Y C H A W S K I E G O [ 1 ] metod a rozwią zania p r ob l emu złoż onej deforma cji sprę ż ystoplastycznej i pełzania płaskiej memb r a n y kołowej. J e d n ym z rozwią zań szczegółowych p od a n ych przez a u tor a w p r a cy [ 1 1 ] było a na lityczne rozwią za nie p r ob l emu deforma cji sprę ż ystoplastycznych ora z pełzania powłoki stoż kowej o m a łej wyniosłoś ci, p r zy czym proces pełzania opisywało równanie kon s tytu tyw n e od p ow ia dają ce p r a w u pełzania meta li O D Q V I S T A [ 1 2 ] . O b ecn a p r a ca s ta n ow i rozszerzenie wyż ej w s p omn ia n ego za ga d n ien ia geometrycznie nieliniowej powłoki stoż kowej d l a p r zyp a d k u , gdy materiał powłoki p od lega pełzaniu zgodnie z równaniem k on s tytu tyw n ym nieliniowej teroii dziedziczenia poda nej w p r a ca ch Zależ noś ci geometryczne. Rozważ amy cienką powłokę w kształcie stoż ka ob r otow o s ymet rycznego, obcią ż oną wewnę trznym ciś nieniem zmien n ym w czasie. Przyjmu jemy p r os to ką tny układ współrzę dnych k r zyw ol in iow ych zwią zanych z l in ia mi k r zyw izn (rys. 1 ) or a z zależ noś ci geometryczne odpowiadają ce teorii geometrycznie nieliniowej p r zy nastę pują cych założ eniach: odkształcenia są nieskoń czenie małe; składowa p omies zczen ia p r os to padła d o p ow ier zch n i ś rodkowej powłoki m a wartoś ć skoń czoną rzę du gruboś ci powłoki; obowią zują ce jest założ enie Ki r c h h o f f a L o ve ' a ; gruboś ć powłoki nie u lega zmia n ie w p r o cesie deforma cji. Zwią zki geometryczne mię dzy składowymi tens ora odkształcenia a składowymi prze mieszczeń p r zy spełnieniu powyż szych założ eń wyraż ają się zależ noś ciami H E N R Y K К О P E С К I ( R Z E S Z Ó W ) 1. Wstę p [4, 5]. 2. Podstawowe zależ noś ci geometryczne, zwią zki fizyka lne oraz wa ru nki równowagi ( 2 . 1 ) r 40 H . K O P E C K I gdzie u jest przemies zczeniem południkowym, w ozn a cza ugię cie, zaś k2 krzywiznę , którą w d a ls zych rozważ aniach bę dziemy p r zyjmow a li j a k o funkcję cza s u . Jest to u za s a dnione tym, ż e w s ta na ch błonowych płyt i powłok w yk on a n ych z materiału o własnoś ciach Teo logiczn ych naprę ż enia wykazują zmiennoś ć w czasie. Z a tem, a b y spełnione było równanie równowagi (s u ma rzutów sił n a kier u n ek norma lnej d o elementu powłoki) w dowolnej c h w i l i cza s u t, krzywiznę k2 tra ktu jemy j a k o funkcję cza s u przyjmują c, ż e zmien ia się on a zgodnie z formułą ( 2 . 2 ) k2 = k°2f(t), gdzie k\ ozn a cza krzywiznę k2 w ch w il i t = 0, zaś y>(t) jest funkcją zależ ną tyl k o cza s u spełniają cą w a r u n ek począ tkowy ( 2 . 3 ) V ( 0 | = 1 . Zwią zki fizyka lne. Ogólna for ma p r a w a fizyka ln ego ja kie przyjmu jemy d l a materiału powłoki op ier a się n a teorii nieliniowej lepkosprę ż ystoś ci poda nej w p r a ca ch [4, 5]. Teor ia ta ob ejmu je szeroką klasę materiałów, zarówno metale, j a k i niemetale. Poda je on a p r a w o kon s tytu tyw n e w p os ta ci nieliniowego opera tora całkowego, który u zys ka n y został n a b a zie za s a dy s u perpozycji odkształceń w czasie uogólnionej n a za kres n ielin iow y. Pod s ta w ow e założ enia teorii są nastę pują ce: materiał jest izotr op ow y, j ed n or od n y i nieś ciś liwy; pełzanie materiału cha ra kteryzu je uogólniona fu n kcja pełzania; proces nieliniowego peł za n ia za ch od zi wtedy, gdy intensywnoś ć naprę ż enia osią ga w małym ob szarze ciała wartoś ć krytyczną ; deforma cja n a tych mia s tow a w ogólnym p r zyp a d k u jest n ielin iow a . W op a r ciu o powyż sze założ enia uogólniona za s a da s u perpozycji uję ta została w formę całki Stieltjesa. Całka ta istnieje p r zy założ eniu ogra niczonej wa ria cji składowych s ta n u naprę ż enia, a p r zy spełnieniu w a r u n k u całkowalnoś ci p och od n ych tych składowych prze ch od zi w całkę Riema n n a . W w yn i k u tego zwią zek mię dzy składowymi tens ora odkształ cen ia Bij i składowymi d ew ia tor a naprę ż enia J y przeds ta wia się w p os ta ci ( 2 . 4 ) su = L[Sij], S T A N S P R E Ż Y S T O P L A S T Y C Z N Y I P E Ł Z A N I E 41 gdzie ( 2 . 5 ) L[SiJ] = Р М Ф и f ' « W ^ 5 l ' . r, s(r)]dr. r* W równaniu ( 2 . 5 ) oznaczają : Fe — nieliniową funkcję deforma cji n a tych mia s tow ej; H— uogólnioną funkcję pełzania; s — intensywnoś ć naprę ż enia; t — czas ( ch w ila ob s erwa cji); T — czas bież ą cy; t* — chwilę począ tkową . W myś l oma wia nej teorii jedną z moż liwych f o r m przeds ta wienia uogólnionej fu nkcji pełzania jest postać wynikają ca ze zwią zku ( 2 . 6 ) ~ H[t, x, s(r)] = Fc[s(r)]^C(tr), gdzie C ( r — T) jest współczynnikiem pełzania, zaś Fc[s] współczynnikiem zwię kszają cym. W szczególnym p r zyp a d k u , gdy współczynnik C(t — т ) jest liniową funkcją cza s u , wów czas ( 2 . 7 ) ^H[t,r,s(r)]= Fc[s(r)], zaś n a pods ta wie ( 2 . 5 ) otrzymu jemy t ( 2 . 8 ) L[Slj] = Fe[s(t)]su(t)+ j Sij(r)Fe [s(r)] dr, o (przyjmu jemy, ż e ch w il a począ tkowa t* = 0 ) . Powyż sze równanie ( 2 . 8 ) jest a na logiczne d o p r a w a p od a n ego przez O D Q V I S T A [ 1 2 ] d l a s ta n u nieu s ta lonego pełzania meta li. W niniejszej p r a cy bę dziemy op ier a li się n a zależ noś ci ( 2 . 5 ) p r zy założ eniu, ż e uogól n ion a fu nkcja pełzania spełnia zwią zek ( 2 . 6 ) , czyli i ( 2 . 9 ) L[stJ] = Fe[s(t)]stJ(t) J SiJ(T)FMT)]^C(tr)dr. o F u n k cj e Fe i Fe uzależ nione o d a ktu a lnego s ta nu naprę ż enia przyjmu jemy w pos ta ci d w u p a r a metr ow ych zwią zków potę gowych ( 2 . 1 0 ) Fe [s] = j AsT\ Fc [s] = jBs"~\ gdzie А , В oznaczają stałe fizyczne materiału, zaś m, и są l iczb a mi n a tu r a l n ymi cha ra ktery zują cymi stopień nieliniowoś ci zwią zków. Zwią zki d l a odkształceń ( 2 . 1 ) p o w yel imin ow a n iu przemies zczenia u moż emy s p r ow a dzić d o jednego równania, otrzymują c w ten sposób w a r u n ek nierozdzielnoś ci odkształceń , który p o uwzglę dnieniu równania kons tytu tywnego ( 2 . 9 ) ora z p o w p r ow a d zen iu wielkoś ci b ezw ymia r ow ych przyjmu je postać ( 2 . 1 1 ) ^ ^ { L [ , 2 ] } + { L [ 5 2 ] £ M } A { t g ^ t v ( ^ ] + ^ | ^ j 2 j = 0 42 H . K O P E C K i Tu ta j przez h ozn a czon o gruboś ć powłoki, zaś (2.12) x = x/ l, w = w/ h, Si = Su, s2 = s22. W a r u n k i równowagi. W celu okreś lenia warunków równowagi p od a n ych w formie zwią z ków róż niczkowych r ozp a tr zymy s ta n równowagi elementu powłoki odkształconej. R z u tują c siły działają ce n a element powłoki n a kier u n ek stycznej do południka x ora z n or ma l nej do odkształconego elementu powłoki otrzymu jemy układ dwóch równań , który p o w p r ow a d zen iu fu nkcji naprę ż eń z w pos ta ci (2.13) * ~ 7 Г 8 d z i e c = f ( x ) 2 ' s p r ow a d za się do równania róż niczkowego Równanie równowagi (2.14) ora z równanie nierozdzielnoś ci odkształceń (2.11) stanowią w r a z z od p ow ied n imi w a r u n k a mi b r zegow ymi i począ tkowymi układ równań opisują cy p r ob l em złoż onej deforma cji sprę ż ystoplastycznej i pełzania geometrycznie nieliniowej powłoki stoż kowej. 3. M etod a rozwią zania M e t o d a rozwią zania p r ob l emu deforma cji złoż onej (stan sprę ż ystoplastyczny i pełza nie) d l a zagadnień ob r otow o s ymetr yczn ych , nie wprowadzają cych osobliwoś ci z tytułu kształtu powłoki, została omówiona w p r a cy [11] ora z szczegółowo zilu s tr ow a n a w za s to s ow a n iu d o płaskiej memb r a n y kołowej ora z powłoki ku listej w stanie b łonowym w p r a ca ch [7, 11]. M e to d a ta polega n a przyję ciu fu n kcji rozwią zują cych z i w w pos ta ci podwój n ych szeregów potę gowych zmiennej x ora z małego p a r a metr u a(') ujmują cego wpływ pełzania w procesie odkształcenia. Rozwią zanie to moż emy traktować j a k o małe za b u rzenie s ta n u na tychmia s towego (sprę ż ystoplastycznego) s p ow od ow a n e proces em pełzania. Rozwią zaniem p od s ta w ow ym w tej metodzie jest za tem rozwią zanie d l a s ta nu n a tych mia s towego. W p r zyp a d k u powłoki stoż kowej, ze wzglę du n a osobliwoś ć w p u n kcie л : = 0, r ozw i nię cie wzglę dem 3c nie p ozw a l a n a okreś lenie współczynników szeregów potę gowych, dają c w w yn i k u zerowe wartoś ci w s zys tkich współczynników. W tym p r zyp a d k u moż emy p r zed stawić rozwią zanie w for mie szeregów potę gowych o pos ta ci( 2 ) OO OO OO OO (3.1) z = £ £zikyak, w = £ 2 v v ^ ' + V , 1=0 fc=0 /=0 k=0 gdzie у = 1 —x. (') Pa ra metr a wyraż a się przez stałe materiałowe (por. [6, 7, 11]). (J) Rozwinię cie wzglę dem у = 1— x od p ow ia d a przedstawieniu rozwią zania holomorficznego w oto czeniu p u n k tu położ onego n a b rzegu rozważ anego ob s za ru . Tego rodza ju rozwinię cie zostało zastosowane przez B ycha ws kiego i Siennickiego [8] do zagadnienia deformacji natychmiastowej i pełzania tarczy k o łowej. S T A N S P R Ę Ż Y S T O P L A S T Y C Z N Y I P E Ł Z A N I E 43 Zakładają c a = 0 otrzymu jemy z powyż szych zwią zków pojedyncze szeregi potę gowe, bę dą ce rozwią zaniem d l a s ta nu na tychmia s towego 00 00 (3.2) z0=.J?zv0y\ щ =y^wv0yv+1, v =0 v =0 które jest rozwią zaniem p od s ta w ow ym d la za ga dnienia deforma cji złoż onej. Rozwią zanie to przeds ta wimy poniż ej szczegółowo, p r zy czym ogr a n iczymy się d o powłoki o kształcie mało wyniosłego stoż ka ś cię tego. Przyjmu jemy, ż e powłoka jest s ztywno za mocow a n a ob u s tr on n ie i p od d a n a działaniu stałego ciś nienia wewnę trznego (rys. 2). Zakładamy da lej, Rys . 2 ż e materiał powłoki za chowu je się w procesie deforma cji zgodnie z równaniem k on s tytu tyw n ym (2.9). U kład równań p od s ta w ow ych d la rozważ anej powłoki otr zyma my ze zwią zków ( 2 . 1 1 ) i ( 2 . 1 4 ) kładą c w n ich ( 3.3) x x r, x0 x r0, tg£ x I x cons t or a z uwzglę dniają c, ż e 0 < у < 1 — r 0 , gdzie r0 = j. O tr zymu jemy w ten sposób ( 3.4) (yi) I № » + № ] о д )+11 [*o f ] + i (4) 2 (f f o, ( 3.5) 7 O P I ) , _ r + _ 1 ) . ] | * K O + 7 = j O 3 0 . W powyż szych w zor a ch oznaczają : S * z + ( y l ) z ' = ^ , У * P P dy ( 3.6 ) 4 = I p [ z + ( P l ) z ' ] , s2 = jp[z+2(yl)z'}, = p 2 £ , £ = z 2 + ( 3 ^ l ) z z ' + ( > i 2 2 ^ + l ) I ' 2 . 44 H . K O P E C K I Przyjmu jemy jed n or od n e w a r u n k i b rzegowe u(y)\ =0, w(y)L =0, у —0 y =0 (3.7) . . u(y)L _ = 0 , w(y)L _ = 0, \y=lr0 |J'=1—r0 a za s ta n począ tkowy d l a proces u pełzania przyjmu jemy stan n a tych mia s tow y, co za p i su jemy formułami vi (3.8) L M | / = o = L 0 [ 5 o ] , * ( 0| , _ 0 = *>. Uwzglę dniają c zależ noś ci (3.8) układ równań p od s ta w ow ych opisują cych s ta n n a tych mia s tow y moż emy ostatecznie przedstawić w p os ta ci (3.9) j ^ ( j l ) ! [ 6 z ; + 2 ( j ' l ) ? . ' ] 5 i " < " " + ^ ( m l ) [ 5 „ + 0 , 0 , ^ ^ ( ^ Ц ^ * ^ ) ^ ^ ^ » . 4. Rozwią zanie d la stanu natychmiastowego J a k wykazaliś my w przyję tej metodzie rozwią zania p r ob l emu złoż onej deforma cji, r oz wią zanie d l a s ta nu na tychmia s towego jest rozwią zaniem p od s ta w ow ym. W d a ls zych r oz waż aniach wykaż emy, ż e rozwią zanie to jest również rozwią zaniem p od s ta w ow ym w p r o cesie odkształcenia, w którym efekty sprę ż yste uwzglę dniane są w ch w il i / = 0, zaś d l a czasów t > 0 pominię te, j a k o małe w porównaniu z odkształceniami pełzania. Rozwią zanie d la s ta nu na tychmia s towego polega n a p od s ta w ien iu szeregów (3.2) d o równań (3.9) i (3.10). O tr zymu jemy w ten sposób d w a układy równań a lgeb ra icznych w pos ta ci reku rencyjnej, z których w yzn a cza my kolejne współczynniki szeregów. I ta k, z równania nierozdzielnoś ci odkształceń (3.9) otrzymu jemy w a r u n ek, który mu s i być speł n ion y d l a d ow oln ego у oo oo Ł w v J v + у ( m 1 ) []?Р *У +1 v=0 v=0 v=0 v=0 S TA N S P R E Ż Y S T O P L A S T Y C Z N Y I P E Ł Z A N I E 45 D rogą toż samoś ciowego przyrównania wyraż eń p r zy j ed n a k ow ych potę gach у d och od zi my d o układu równań a lgeb ra icznych w pos ta ci у Apm j т щ у (m l)/> 0 } + Ј y vvoo+ ~ ( y j ? 0 = 0 , (4.2) j Apm | т о / И ! + у ( w 1 ) Q > o P i ) j + 2 f у wi0+ у | y j 9 l = 0 , у ^ m | w 1 w 2 + y (т \)(р !—/>2)j+3fy n > 2 0 + y | y j ? 2 = 0 , Równanie równowagi (3.10) w w yn i k u p od s ta w ien ia szeregów (3.2) daje w a r u n ek 00 (4.3) ^ { y [ v l v ( v + l ) l v + 1 ] + | z v 0 + y Av+Cvzv0C(v+l)zv+1^? = v=0 z którego otr zymu jemy układ równań — ̂^1 + ^ 0 0 + у A0—lo^io — у > (4.4) 2j(A1A2)+2HzioZ2o) = у , у ( Л 2 — Л 3 ) + Ј ( z 2 0 z 3 o) = 0 , Wystę pują ce w powyż szych równaniach współczynniki ob licza my z zależ noś ci: к i v=0 v=0 +l)zk+1,0+2k(k+l)zk+h02(k+l)(k+2)zk+2t0, й о = Ј о " 2 ( т Л hk = / ~~o^ [ y gk = ak+bkck+dk2ek+fk, v= 1 A: & flfc = J^ZvoZt^o, 6* = ^V^voZjk.v.o, С * = (v+1)Z V+1, 0 Z* V, 0 , V = 0 v0 . v—0 (45) Ј , dk = 2J V ( * V ) Z » + I Z * V , O » = Z , (v+O^^Z.+iZjk.v.o, v0 v=0 it к Л = Ј »+l)*ł+i,o**»+i,o» А = ^n,Kk_v, v =0 v =0 * 1/2( 3 ) 1 к T l 1 v=0 v1 fc к Ak = E (v+l)>v»oz*v,o, St = Ј Kv, Kk = zk0+2kzk02(k+l)zk+h0. v 0 v 0 46 H . K.OPECK.I Pierws ze z równań (4.2) p ozw a l a n a wyzna czenie współczynnika z 2 0 j a k o fu nkcji z 0 0 i z 1 0 . Współczynnik z 1 0 w yzn a czymy z pierwszego z warunków b rzegowych (3.7), który n a mocy zwią zków geometrycznych (2.1) moż emy przedstawić w pos ta ci równania (4.6) Ј2 0 = | 7 = 0 = L0[s20]\=0 = [ z 0 + 2 ( ^ l ) z 0 ] i 3 o ! / 2 ( m _ I ) | = 0 = 0 , ską d p o p od s ta w ien iu pierwszego z szeregów potę gowych (3.2) otrzymu jemy (4.7) z w = Z f . Z równań (4.2) otr zymu jemy kolejno _ 3 7 w ° ° ( l + 2 Z20 — ~т zoo 1 h \ 4 ^^l/2(m l) "(KI ( 4 ) 2Apm\^\ z ? " 1 (4.8) z 3 0 = ^ ( 3 m 7 ) z 0 0 ^ ( 5 w 4 1 ) z 2 0 jW1o\$+ у Wool / j U/2(ml) 3 ^ m 1 r ) ^oo"1 zaś z równań (4.4) m a m y Wio 4 L ( 4 + " « ) ł ( i ) i ' ^ ^ 2 0 — z3o) | f у + Wooj + 2 w 1 0 | y z 0 0 — z 2 0 j + у w 2 0 z 0 0 j , Mają c okreś lone współczynniki szeregów (3.2) j a k o fu nkcje z 0 0 i w0o przejdziemy ob ecnie d o okreś lenia tych os ta tnich, wykorzystują c d r u gi z warunków b r zegow ych (3.7), który m o ż emy przedstawić w formie równania (4.10) *2о | ; = 1 _ 7 о = Ь о Ы \=1_0 = [zo+2{y\)zMl4mĄ y=l.7o = 0 . ską d p o p od s ta w ien iu szeregów (3.2) m a m y 00 ( 4 . П ) E u * Ą i * = ° v=0 Z dru giej s trony, fu n kcja ugię cia iv0 spełniać mu s i w a r u n ek (4.12) ™<\y=ir0 = w o o ( l ' : o ) + w 1 o ( l r 0 ) 2 + H ' 2 o ( l ' : o ) 3 + ... = 0. Jeż eli z k ol ei d o równań (4.11) i (4.12) p od s ta w imy zwią zki (4.7), (4.8), (4.9), otrzymu je my układ dwóch równań a lgeb ra icznych zawierają cy p os zu kiw a n e n iew ia d ome Zoo i и >о о . S TA N S P R Ę Ż Y S T O P L A S T Y C Z N Y I P E Ł Z A N I E 47 Stopień tych równań uzależ niony jest o d iloś ci wyrazów rozwinię cia uwzglę dnionych w p o wyż szych w a r u n k a ch . N a przykład, jeż eli ogr a n iczymy się do uwzglę dniania dwóch w yr a zów rozwinię cia w w a r u n k a ch (4.11) i (4.12) otr zyma my od p ow ied n io (4.13) azZ+2+bz200+cz0Q+d = 0 , „ / 1 г о / 1 / 1 1 Л gdzie I + ~ ( i h) im1) j 14 + ; (i , „) (3m 1 3 ) | [ 4 + y ( l r 0 ) ( 3 m 1 3 ) j , [ 4 + I ( l r , ) ( 3 m 1 3 ) ] ( l r e ) , 1 v \ 1 + 2 5 r 0 / ' l/2(ml) 2 ^ m l l ( 5 r 0 ) с = /3_\ U/ Л 5—г 0\ 5—/о / (4.15) ; f , i _ ^ 4 + i ( l 7 0 ) ( 3 m 1 3 ) 2Л />' l / 2 ( m l ) >2 4 + i ( l ~ r 0 ) ( 3 / « ~ 1 3 ) d = 2 | * Z I Л 1 2Ap" \ 4 / Z a te m szeregi (4.16) z = Z o o + z 1 0 ^ + z 2 o j 2 + Z 3 o F + (4.17) vv0 = H'oo7+w 1 0 y2 +iV2o>' 3 + stanowią rozwią zanie pods ta wowe d l a p r ob l emu złoż onej deforma cji rozważ anej powłoki s ztywno za mocowa nej n a b rzega ch, obcią ż onej stałym wewnę trznym ciś nieniem. Mają c okreś lone fu nkcje z 0 i w0 ob licza my naprę ż enia ora z ugię cie powłoki z zależ noś ci (4.18) cr1 0 = p 2J W V > v=0 00 (4.19) cr 2 0 =/> ^ , ( v + l ) ( z v 0 z v + J i 0 ) ^ v , v=0 (4.20) 7,v+l 48 H . K O P E C K I 5. Rozwią zanie w zakresie czystego pełzania P od a my ob ecnie rozwią zanie d l a powłoki stoż kowej wykona nej z materiału wykazują cego wyłą cznie odkształcenia pełzania. Przyjmu jemy, ż e pełzanie materiału powłoki op i suje równanie kons tytu tywne (2.9), w którym funkcję nieliniowej sprę ż ystoś ci Fe położ ymy równą zeru . U kład równań p od s ta w ow ych opisują cych tego rodza ju stan w powłoce otr zyma my z równań (3.4) i (3.5) zakładają c, ż e (5.1) L[siĄ Feo= Lp[s,j]. M a m y wtedy układ równań (5.2, ' Cy^lLAs,]}MWLAs» + ^ [ ^ \ + ^ ^ ^ J ~ 0 , gdzie (5.4) z„(t) = z(0| F e = i 0 , wp(t) = w ( r ) [ F e = 0 . Niż ej p r zed s ta w ion a metod a rozwią zania op ier a się n a a n a logii fizyka lno geometrycz nej d o p r ob l emu na tychmia s towego (nieliniowo sprę ż ystego) poda nej w p r a ca ch [3, 7, 11]. Is tota rozwią zania p olega n a r ozd zielen iu zmien n ych w równaniach p od s ta w ow ych (5.2) i (5.3). A b y tego dokonać należ y róż niczkowo całkowe równanie nierozdzielnoś ci odkształ ceń (5.2) sprowadzić d o równania róż niczkowego. Moż emy to uczynić , jeż eli współczynni k o w i pełzania C(t—r) n a d a my k on k r etn y kształt. Przyjmu jemy tu taj, ż e współczynnik pełzania m a postać wykładniczą (5.5) C(tr) = Colle**]; stą d p o zróż niczkowaniu wzglę dem cza s u bież ą cego otr zyma my (5.6) Ј =yC0e«''K Jeż eli zależ noś ć (5.6) p od s ta w imy d o równania kons tytu tywnego (2.9) zakładają c równo cześ nie, ż e Fe = 0 otr zyma my p o r ozp is a n iu n a składowe t 1 — Г 1/2(я 1) „ , Lp[si] = jBC0yp» J [zp+(yl)z'p]Qp е *'*>Л , o (5.7) t 1 Г 1/2(л 1) S TA N S P R E Ż Y S T O P L A S T Y C Z N Y I P E Ł Z A N I E 49 O tr zyma n e opera tory p od s ta w ia my d o równania nierozdzielnoś ci odkształceń (5.2), a na s tę pnie na drodze róż niczkowania wzglę dem / i elimina cji całek d och od zimy do równania róż niczkowego w pos ta ci (5.8) 1 BCOYP4G i ) J [ 6 z ; + 2 G ' \ ) z P ' ] Q x ^ m X ) + \ ( w 1 ) 1 * + + 2 0 w ą } , f * [ , f ] + 1 )" ) ф f + ł f ] . Przyjmu jemy rozwią zanie d l a fu nkcji naprę ż eń i ugię cia w pos ta ci iloczyn u dwóch fu n kcji, z których jed n a uzależ niona jest tylko o d zmiennej y, d r u ga zaś wyłą cznie o d cza s u ł (5.9) z„(y, t) = З Д с >(0, ( 5 . Ю ) ivP G >, o = а д М О Podstawiają c zależ noś ci (5.9) i ( 5. 10) d o równań p od s ta w ow ych (5.8) i (5.3) otrzymu jemy od p ow ied n io ~BC0p'(y\) , ( 5 Л 1 ) т ^ г т т ш { « + 2 ^ 1 » ' ^ , я м + / f rff + 2 V7/\ dy] + l (ml)K+2(bl)zJ1fl°;'2<"V; = ( v V + 2 w ) = A, gdzie X, Xi oznaczają stałe, które należ y okreś lić . Zależ noś ć ( 5. 12) przeds ta wia układ dwóch równań o p os ta ci ( 5. 14) — = Xi . W Równanie (5.13) jest for ma ln ie a na logiczne d o równania równowagi (3.10) d l a s ta nu n a tychmia s towego, p r zy czym ( 5. 15) Xi = 1. Podstawiają c (5.15) kolejno d o równań (5.13) i (5.14) otrzymu jemy od p ow ied n io ( 5. 17) y =
i 2 » ' } = 1, (5.19) 2 ^ + V + 2 = l , ycp z których pierwsze jest forma lnie a na logiczne do równania nierozdzielnoś ci odkształceń d l a s ta nu na tychmia s towego (3.9). Jeż eli wię c zn a my rozwią zanie równania (3.9) (5.20) z0=f(A,m,y), to rozwią zanie równania (5.18) moż emy przedstawić w pos ta ci (5.21) ą =f\ Całkują c równanie (5.19) otrzymu jemy (5.22) ę = П 7 ' л ( А ? 3 + 2 1 ) е ^ > " ] \ gdzie stałą cp0 = (p(t)\ w yzn a czymy z w a r u n k u począ tkowego. Z równania (5.22) otrzy mu jemy 9?0 = 1 • Z a te m fu n kcja q>{t) przyjmu je ostatecznie postać (5.23) 9>(0= [ А ( л 1 ) е ~ ^ У ( ' ~ ' о ) Г ^ . W celu okreś lenia stałej X u czyn imy założ enie, ż e stan począ tkowy proces u pełzania okreś lony jest przez stan n a tych mia s tow y; w rozważ anym p r zyp a d k u jest n i m rea kcja sprę ż ystoplastyczna. Z a tem d l a t = 0 (5.24) zp = z°p = z 0 ora z wp = w°p = w0. Rozwią zanie d l a ta kiego s ta nu zostało przeds ta wione w p u n kcie 4. D l a czasów wię kszych od zera p omija my wpływ sprę ż ystych własnoś ci materiału powłoki. Rozwią zanie w tym p r zyp a d k u mu s i spełniać równocześ nie równania (3.9) i (5.18). Porównują c równania (3.9) i (5.18) w założ eniu, ż e spełniona jest zależ noś ć (5.24) otr zymu jemy nastę pują cy w a r u n ek d la X, który mu s i być spełniony d l a dowolnego у w przedzia le r0 < у < 1. h dwa 1 (5.25) Л * а „ ~ ' * 1 Г dy ^ 2\l)\dy x [ 6 i 0 + 2 ( j l ) z 0 ' ] ^ 0 f " 1 > + (ml)\zo+2(y l)zó]Ql̂ ^ S TA N S P R E Ż Y S T O P L A S T Y C Z N Y I P E Ł Z A N I E 51 W szczególnym p r zyp a d k u , gdy m — n, to zna czy, gdy nieliniowoś ć sprę ż ystą i nie liniowoś ć pełzania okreś la identyczny wykładnik potę gowy, w a r u n ek (5.25) przyjmu je postać (5.26) A = Ę̂ ^ = —г , gdzie В = BC0. A A O s ta tecznie funkcję naprę ż eń zp moż emy przedstawić w pos ta ci (5.27) zp=z0{y)[+\/ x{X\)en"fĄ \ W gra nicy, gdy czas zmier za d o nieskoń czonoś ci, z zależ noś ci (5.27) otrzymu jemy (5.28) Iimż , = ^ . Funkcję ugię cia okreś lamy z zależ noś ci (5.10). Przyjmu je on a ostatecznie postać (5.29) w„(y, 0 = ^0(у )У ^(л \)е ^'. P od ob n ie j a k w p r zyp a d k u naprę ż eń również ugię cie u lega s ta b iliza cji p o czasie nie skoń czenie długim i (5.30) l i m wp(y, t) = A»+2 w0(y). / ->oo Stabilizację naprę ż eń i ugię ć p o czasie nieskoń czenie długim u za s a d n ia przyję ta postać współczynnika pełzania w równaniu kon s tytu tyw n ym. Przykład liczb owy. Rozważ ymy przykład liczb ow y ilustrują cy rozkład naprę ż eń w p o włoce w ch w il i przyłoż enia obcią ż enia ora z zmianę naprę ż eń i ugię ć w czasie. in3 k G xlU —у cm2 in3 k G xlU —у cm2 <0 3,0 2,0 1.0 \^lim о г 1115 kG/ cm2 i i . i i , 0 200 400 600 Rys . 3 t[godź ] Przyjmu jemy nastę pują ce wartoś ci liczb ow e: stałe ciś nienie p = 20 k G / c m 2 , gruboś ć powłoki h = 1 cm, / = 100 cm, Ј = 10°, wykładniki nieliniowoś ci m = n = 3, r0 = 0,5, stałe fizyczne nieliniowego p r a w a fizycznego (2.10) identyfiku jemy w op a r ciu o da ne 52 H . K O P E C K i z [9] i [10]: A = 0,4 1 0 1 2 [ cm 2 / k G ] 3 , В = 1,6 1 0 " U ^ j \y = 0,0012godz."1.Ograniczają c się d o dwóch wyrazów rozwinię cia warunków (4.11) i (4.12) ora z uwzglę dniają c trzy w y ra zy szeregów (4.16) i (4.17) otrzymu jemy od p ow ied n io d la fu nkcji naprę ż eń i ugię cia nastę pują ce wyraż enia: z0 = 232,5+ 116,25 y178 j ' 2 , w0 = 7 , 6 9 y 8 , 2 2 y 2 1 4 , 3 2 y\ Rys . 4 W op a r ciu o (5.22) w yzn a cza my funkcję cza s u (/) = [ 4 0 3 9 e ° ' 0 0 3 ' ] 1 / 5 W y n i k i obliczeń p r zed s ta w ia my wykreś lnie. Zmianę naprę ż eń w czasie w p u n k ta ch у = 0 powłoki ilu stru je rys. 3 ; rys. 4 przeds ta wia rozkład ugię ć powłoki d la róż nych wartoś ci cza s u t. 6 . W n ios ki W p r a cy p od a n o układ równań p od s ta w ow ych opisują cych p r ob l em geometrycznie nieliniowej powłoki stoż kowej w stanie błonowym, obcią ż onej wewnę trznym ciś nieniem. Przyję te równanie kon s tytu tyw n e ob ejmu je szeroką klasę materiałów zarówno meta li, j a k i niemeta li okreś lonych formą współczynnika zwię kszają cego ora z współczynnika pełzania. Z pos ta ci równania wynikają p r zyp a d k i szczególne: n ielin iow a i l in iow a defor ma cja n a tych mia s tow a ; p r a w o pełzania meta li O d q vis ta ; zwią zki B ol tzma n n a d l a l in io wej lepkosprę ż ystoś ci. Pr zed s ta w ion o pods ta wowe rozwią zanie d l a s ta nu na tychmia s towego d l a proces u deforma cji złoż onej mało wyniosłej powłoki o kształcie stoż ka ś cię tego s ztywno za mocow a n ej ob u s tr on n ie, ograniczają c się d o przeds ta wienia rozwią zania jakoś ciowego. A l g eb r a iczn a postać u zys ka n ych współczynników szeregów potę gowych daje moż liwoś ć łatwego za p r og r a mow a n ia i w yk on yw a n ia obliczeń n u mer yczn ych n a ma s zynie cyfrowej d l a szeregu wartoś ci liczb ow ych stałych materiałowych i parametrów geometr yczn ych powłoki. P od a n o rozwią zanie d la pełzania, przedstawiają c je za pomocą f izyka lno geometrycznej a n a logii d o p r ob l emu na tychmia s towego, p od ob n ie j a k to uczynił a u tor d l a powłoki S T A N S P R E Ż Y S T O P L A S T Y C Z N Y I P E Ł Z A N I E 53 stoż kowej w pra cy [11]. S tos owa ne jed n a k w pra cy [11] p r a w o fizyka ln e O D Q VISTA [12] opisu je w istocie stan pełzania u stalonego. Z e wzglę du n a zmianę naprę ż eń w czasie, stan ta k i w rozpa trywa nej powłoce nie m a miejsca. P r z y j m o w a n i e — j a k w obecnej p r a cy — n ielin iow ych teorii dziedziczenia w geometrycznie n ielin iow ych p r ob lema ch pełzania mem b r a n , w ś wietle powyż szego wydaje się szczególnie u za s a dnione. Z przeds ta wionego rozwią zania d la pełzania w yn ik a , ż e naprę ż enia maleją , zaś ugię cia rosną w czasie. P o czasie nieskoń czenie długim nastę puje s ta b iliza cja naprę ż eń i ugię ć , co w yn i k a z kształtu współczynnika pełzania, przy czym wartoś ć naprę ż eń i ugię ć p o czasie nieskoń czenie długim uzależ niona jest o d stałych fizyczn ych materiału powłoki. D l a identycznego p r ob l emu przy za s tos ow a n iu p r a w a O D Q VISTA [12], u zys kiw a n o p o nieskoń czenie długim czasie [11] wzros t ugię ć do nieskoń czonoś ci p r zy równoczesnym s p a d ku naprę ż eń do zera. Porównanie wyników otr zyma n ych w pra cy [11] z ob ecn ymi r ezu lta ta mi p ozw a la wnioskować , ż e istnieje zwią zek mię dzy p r a w em k on s tytu tyw n ym opisują cym fizyczne właś ciwoś ci materiału powłoki a za kr es em geometrycznej n ielin io woś ci, j a k i p ow in n o się uwzglę dniać w p od ob n ych p r ob lema ch . Liter a tu r a cytowana w tekś cie 1. Z . B Y C H A W S K I , Large deflections of the elastocreeping circular membrane, A r c h . M e c h . Stos. 3,17 (1965). 2. Z . B Y C H A W S K I , O stosowalnoś ci analogii sprę ż ystej w zakresie nieliniowej geometrycznie teorii pełzania membran kołowych, Rozp r . Inż . 3, 13 (1965). 3. Z . B Y C H A W S K I Elastic analogue in the general case of a geometrically nonlinear membrane subject to creep, A r c h . M e c h . Stos. 4, 17 (1965). 4. Z . B Y C H A W S K I , A . F o x , Some fundamental concepts of the theory of nonlinear viscoelasticity, A r c h . M ech . Stos. 6, 18 (1966;. 5. Z . B Y C H A W S K I , A . F o x , Theory of nonlinear viscoelastic behavior, A r c h . M e c h . Stos. 4, 19 (1967). 6. Z . B Y C H A W S K I , H . K O P E C K I , Nieliniowe zagadnienia odkształceń sprę ż ystoplastycznych i pełzania mem bran kołowych, Rozp r . Inż . 3, 15 (1967). 7. Z . B Y C H A W S K I , H . K O P E C K I , Sprę ż ystoplastyczna deformacja i pełzanie geometrycznie nieliniowej pow łoki kulistej, Rozp r . Inż . 2, 15 (1967). 8. Z . B Y C H A W S K I , H . S I E N N I C K I , Zginanie tarczy kołowej w zakresie nieliniowej deformacji natychmiastowej i pełzania, III S ympozjon poś wię cony reologii, Wrocław 1966. 9. I. F I N I E , W . R . H E L L E R , Pełzanie materiałów konstrukcyjnych, W N T , W a r s za w a 1966. 10. E . H O U D E R M O N T , Handbuch der Sonderstahlkunde, Springer, B er lin 1956. 11. Н . K O P E C K I , Reologiczne zagadnienia nieliniowych deformacji powłok obrotowosymetrycznych w stanie błonowym, Rozp r a w a d oktor s ka , Politech. Kr a k o w s k a , 1967 (maszynopis). 12. F . K . G . O D Q V I S T , Kriechfestigkeit metallischer Werkstoffe, B erlin G ottingen Heindelb erg 1962. 13. A . S A W C Z U K , W . O L S Z A K , Zagadnienia powłok niesprę ż ystych, M ech . Teoret. i Stos. 1, 1 (1963). 1 4 . А . С . В О Л Ь М И Р , Г и б к и е п л а с т и н к и и о б о л о ч к и , М о с к в а 1956. Р е з ю м е У П Р У Г О П Л А С Т И Ч Е С К О Е С О С Т О Я Н И Е И П О Л З У Ч Е С Т Ь Г Е О М Е Т Р И Ч Е С К И Н Е Л И Н Е Й Н О Й К О Н И Ч Е С К О Й О Б О Л О Ч К И В р а б о т е р а с с м а т р и в а ю т с я н а п р я ж е н и я и п р о г и б ы г е о м е т р и ч е с к и н е л и н е й н о й к о н и ч е с к о й о б о л о ч к и , в ы п о л н е н н о й и з м а т е р и а л а о б л а д а ю щ е г о с в о й с т в о м п о л з у ч е с т и , в с о о т в е т с т в и и с н е л и н е й н о й т е о р и е й н а с л е д с т в е н н о с т и , д а н н о й Б Ы Х А В С К И М и Ф о к с о м . 54 H . K O P E C K I Д а н а с и с т е м а у р а в н е н и й о п и с ы в а ю щ и х р а с с м а т р и в а е м у ю з а д а ч у . О б с у ж д е н м е т о д р е ш е н и я з а д а ч и в с л у ч а е , к о г д а п р о и с х о д и т с л о ж н о е д е ф о р м и р о в а н и е (м г н о в е н н а я д е ф о р м а ц и я и д е ф о р м а ц и я з а в и с и м а я о т в р е м е н и ), а ф о р м а о б о л о ч к и в в о д и т о с о б е н н о с т ь . Д а н о о с н о в н о е р е ш е н и е (м г н о в е н н о е с о с т о я н и е ) д л я п о л о г о й к о н и ч е с к о й о б о л о ч к и , а т а к ж е р е ш е н и е с п р а в е д л и в о е в р е ж и м е п о л з у ч е с т и . В з а к л ю ч е н и е п р е д с т а в л е н р я д в ы в о д о в . S u m m a r y E L A S T O P L A S T I C S T A T E A N D C R E E P O F A G E O M E T R I C A L L Y N O N L I N E A R C O N O I D A L S H E L L Th e determina tion of stresses and displacements is considered for a geometrically non linea r conoida l shell subject to creep deformations. It is assu med that the ma teria l behaves a ccording to the non linea r theory of inheritance — proposed b y B ych a w s ki a nd F o x [4, 5]. Th e corres ponding set of equ ations is derived a n d the method of s olu tion of the complex deforma tion prob lem (instanteneous deforma tion a nd time dependent deformation) is discussed in the case of singu larity in the shape of shell. The fu nda menta l s olu tion (instanteneous state) a nd the s olu tion in the range of pu re creep are presented for shallow con oid a l shells. The fina l part of the paper inclu des some conclu s ions . Z E S P Ó Ł M E C H A N I K I T E C H N I C Z N E J WSI W R Z E S Z O W I E Praca została złoż ona w Redakcji dnia 3 maja 1968 r.