книги / Экспериментальные исследования тонкостенных конструкций

На рис. 5.27 приведены границы областей неустойчивости ребри­ стой оболочки с локально присоединенным твердым телом, точка креп­ ления которого совпадает с одной из пучностей окружной формы ко­ лебаний я = 3, полученные экспериментально и рассчитанные ана­ литически на основе приведенного в работе [96J приближенного метода расчета неустойчивости. Штриховыми линиями обозначены границы НОН1 по форме т = 1, п = 5 при у = 0. Как видно из рис. 5.23 и 5.27, наличие присоединенного твердого

тела обусловливает существенный fej сдвиг области неустойчивости как по частоте, так и по уровню кине­

матического возбуждения. Кроме 115 того, наблюдается сужение области неустойчивости. Так, для уровня

дуемых оболочек это возможно при п, равном 3 и 4, если точка креп­ ления твердого тела совпадает с одной из пучностей окружной формы); Результаты исследования зависимости критических частот параг метрических колебаний оболочек от суммарной массы двух или трех локально присоединенных твердых тел, каждое из которых равно у, и закреплено на угловом расстоянии р = л/3, 2я/3, я одно от другого так, что точкам крепления соответствует узел или пучность окружной формы колебаний п = 3, приведены в табл. 5.3. Анализ приведенных данных показывает, что при присоединении нескольких твердых тел критическая частота параметрических колебаний оболочки снижается меньше, чем при присоединении одного тела, имеющего массу, равную их массе. Так для двух йасс, каждая из которых у = 0,06 н укреп­ ленных на угловом расстоянии р = я/3, значение йх снижается при­ мерно на 29 %, что равнозначно влиянию одного твердоготела с массой

163

X v) = 0,12 при p = it— на 28 %. Распределение амплитудпрогибов в окружном направлении исследованных вариантов крепления твер­ дого тела изображено на рис. 5.29.

5.2.8. Оболочки, содержащие газожидкостную среду. Изложим ре­ зультаты экспериментальных исследований динамического поведения упругих цилиндрических оболочек с жидкостью, обуславливающего образование газовых пузырьков в жидкой среде. Характер возникно­ вения пузырьков газа во многом определяется возбуждаемыми фор­ мами колебаний упругих оболочек. В одном случае при возбуждении

продольных колебаний в области резонансных частот происходит на­

газа является разрушение свободной поверхности жидкости при пара­ метрическом возбуждении радиальных форм колебаний оболочки.

Рассмотрим нелинейные вибрационные эффекты, возникающие в газожидкостной среде, которая находится в цилиндрической оболочке, совершающей в основном продольные колебания. При проведении данной серии экспериментов в качестве исследуемой модели исполь­ зовалась толстостенная цилиндрическая Оболочка из оргстекла вы­

пьезоэлектрическим датчиком, который подключался ко входу милли­ вольтметра.

При возбуждении продольных колебаний исследуемой оболочки, заполненной жидкостью до уровня Л* = .400мм, и достижении внешней виброперегрузки gCT = 8g происходит интенсивное образование газо­ вых пузырьков. Наиболее интенсивное выделение пузырьков газа на-

.блюдаегся в области резонанса на собственной частоте продольных колебаний системы оболочка — жидкость. Возникающие пузырьки не

165

область D3). Последующее уменьшение частоты возбуждения приводит к увеличению амплитуды колебаний свободной поверхности, сопро­ вождаемое образованием значительного количества газовых пузырь­ ков, которые, погружаясь вниз к рою, вызывают перестройку системы (кривая 2). Если после установления колебаний свободной поверх­

никновению газовых пузырьков, наличие которых обусловливает об­ разование динамически устойчивой колебательной системы жидкость — газ. Возникновение такой системы оказывает влияние на режимы дви­ жения несущего тела, а также способствует возбуждению колебаний свободной поверхности жидкости.

Далее приведем результаты экспериментальных исследований ди-: намического поведения упругой тонкостенной оболочки, а также га-

зожидкостной среды, находящейся в ней, при параметрическом воз-: буждении радиальных колебаний оболочки. В этой серии эксперимент тов, по сравнению с предыдущими, использовалась более тонкостенная оболочка из оргстекла толщиной б0 = 1 мм (Ад = 500 мм, г„ = 50 мм). Оболочка, заполненная водой до уровня Л* = 300 мм, подвергалась воздействию вибрации в продольном направлении.

При кинематическом возбуждении с частотой /в = 215 Гц возни­ кают поперечные колебания оболочки с волновым числом п — 3 в области основного параметрического резонанса с частотой f0 = 0,5 fB. Данные одного из этой серии экспериментов приведены в табл. 5.5.

169

Здесь отражены значения амплитуд ускорений стенки оболочки g0 в пучностях ее колебаний. Как видно из табл. 5.5, колебания стенки оболочки на уровне свободной поверхности жидкости (сечение А — А, рис. 5.34, а, б, штриховая кривая) достигают больших значений при начальных малых внешних возмущениях (gdg = 1). Это оказывается достаточным для того, чтобы в пучностях колебаний стенки произошло разрушение свободной поверхности, сопровождаемое образованием большого количества мелких капель жидкости. Разрушение свободной поверхности приводит к тому, что под ней происходит образование ма­

лых газовых пузырьков, и как в опи­ санном выше случае, погружаясь вниз, они образуют локальное скопление газа. Наличие газа в жидкости приво­ дит к образованию колебательной системы жидкость — газ.

Образование таких групп газовых

„пузырьков в жидкости может проис­ ходить как у дна, так и на некотором расстоянии от него на стенке упругой

^оболочки. Устойчивое положение га­ зовых пузырьков на стенке упругой оболочки характеризуется существен­

ным взаимным влиянием, которое вы­ Рис. 5.34 ражается в следующем. С одной сторо-

. иы, распределение газовых пузырьков по сечению и высоте столба жид-

:кости во многом определяется возбуждаемыми формами колебаний обо­ лочки. При этом на стенке может произойти образование различного ко­ личества их локальных скоплений. Так, колебания стенки оболочки в ■сечении Б — Б (форма п — 3, рис. 5.34, б) привели к образованию трех групп газовых пузырьков, а следовательно, к образованию коле­ бательной газожидкостной системы. С другой стороны, в случае нестабилизированной амплитуды ускорения вибростенда это сопровождается увеличением амплитуды колебаний несущего тела (оболочки) в 7 раз,

астенки примерно в 2 раза (см. табл. 5.5). При этом распределение гид­ родинамического давления по высоте столба жидкости принимает до­ вольно сложный характер, отличающийся от линейной зависимости. Устойчивое положение газовых пузырьков в сечении Б — Б отмечено на рис. 5.34, б и в табл. 5.5 звездочками.

Такие сложные взаимодействия пульсаций динамически устойчи­ вых локальных групп газовых пузырьков с колебаниями стенки обо­ лочки приводят не только к увеличению амплитуды колебаний стенки оболочки, но и к неосесимметричности формы колебаний (см. табл. 5.5).

Как следует из анализа результатов, приведенных в табл. 5.5, несимметрия формы колебаний стенки упругой оболочки обусловлена тем, что локализация газовых пузырьков происходит в пучностях, причем в тех точках (рис. 5.34, б, точки 2, 4, 6), в которых колебания •стенки и пульсации давления в столбе жидкости, а соответственно и роя пузырьков находятся в фазе. Такое распределение локальных

.групп газовых пузырьков по сечению оболочки связано с характером сил

170