Схемы расчета для прямых ʌ (A) и перевернутых V (B) усеченных конических оболочек с жидкостью.
Кредит: International Journal of Mechanical System Dynamics (2024). DOI: 10.1002/msd2.12105

Усеченные конические оболочки имеют важное значение в таких отраслях, как аэрокосмическая и морская инженерия, где понимание их динамического поведения имеет решающее значение. Традиционные исследования в основном были сосредоточены на цилиндрических оболочках, что привело к пробелу в литературе относительно конических структур.

Эти оболочки испытывают сложные взаимодействия с внутренними жидкостями, что влияет на их устойчивость и производительность. Исходя из этих проблем, крайне важно провести углубленное исследование вибрационных характеристик конических оболочек, заполненных жидкостью, для улучшения их конструкции и применения в различных областях техники.

Ученые Лаборатории функциональных материалов Института механики сплошных сред добились значительных успехов в понимании динамики жидких структур.

Их исследование, опубликованное в Международном журнале динамики механических систем, изучает вибрационное поведение конических оболочек, закладывая основу для достижений в области инженерного проектирования и безопасности.

В этом исследовании классическая теория оболочек и акустические приближения используются для анализа вибрационного поведения усеченных конических оболочек, частично заполненных идеальной сжимаемой жидкостью. Динамическое поведение этих структур моделируется с помощью системы обыкновенных дифференциальных уравнений, решаемых с использованием обобщенного метода дифференциальных квадратур и метода ортогональной прогонки Годунова.

Исследование определяет, как уровни жидкости и углы конуса влияют на собственные частоты оболочек при различных граничных условиях, включая конфигурации с простой опорой, жесткой заделкой и консольные конфигурации.

Численный анализ показывает, что определенные конфигурации могут достигать более высоких собственных частот, чем эквивалентные цилиндрические оболочки. Исследование также проверяет свои результаты с помощью известных численных и аналитических решений, устанавливая точность и надежность. Эти результаты дают ценную информацию для оптимизации конструкции и применения заполненных жидкостью конических оболочек в различных областях техники.

Доктор Сергей А. Бочкарев, один из ведущих исследователей, сказал: «Наши результаты подчеркивают сложную взаимосвязь между уровнями жидкости, углами конуса и вибрационными свойствами конических оболочек. Это исследование не только заполняет значительный пробел в литературе, но и предлагает практические рекомендации по проектированию заполненных жидкостью конических конструкций в машиностроении».

Последствия этого исследования огромны, особенно для отраслей, полагающихся на структурную целостность заполненных жидкостью конических оболочек. Полученные знания могут привести к улучшению конструкции и оптимизации, повышению производительности и безопасности в приложениях от аэрокосмической отрасли до гражданского строительства.

Будущие исследования могут еще больше усовершенствовать эти модели, включив в них такие реальные сложности, как взаимодействие жидкости и конструкции и нелинейную динамику, чтобы расширить применимость этих результатов.