Ευστάθεια εγκιβωτισμένων λεπτότοιχων μεταλλικών κυλίνδρων υπό εξωτερική πίεση

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετάται η δομική ευστάθεια των λεπτότοιχων μεταλλικών κυλίνδρων που περιβάλλονται από ένα ελαστικό μέσο και οι οποίοι υπόκεινται σε ομοιόμορφη εξωτερική πίεση. Για την μελέτη αυτή αναπτύχθηκε ένα διδιάστατο μοντέλο, υποθέτοντας ότι το φορτίο και η παραμόρφωση δεν μεταβάλλονται κατά μήκος του κυλίνδρου. Ο κύλινδρος και το περιβάλλον μέσο προσομοιώθηκαν με μη-γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία λαμβάνοντας υπόψη τη μη-γραμμικότητα γεωμετρίας και υλικού. Αρχικά μελετήθηκαν κύλινδροι από ελαστικό υλικό, οι οποίοι περιβάλλονται από ένα άκαμπτο (απαραμόρφωτο) μέσο, και τα αποτελέσματα της ανάλυσης αυτής επιβεβαιώθηκαν με διαθέσιμες αναλυτικές λύσεις. Στη συνέχεια εξετάστηκε η απόκριση των εγκιβωτισμένων λεπτότοιχων μεταλλικών κυλίνδρων σε εξωτερική πίεση, για διάφορες τιμές της αρχικής ατέλειας του κυλίνδρου, του κενού μεταξύ κυλίνδρου και μέσου και της ακαμψίας του μέσου. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης παρουσιάζονται σε διαγράμματα δρόμου ισορροπίας πίεσης-μετατόπισης, στα οποία παρατηρείται μια ραγδαία πτώση της αντοχής μετά το σημείο της μέγιστης πίεσης που μπορεί να παραλάβει ο κύλινδρος. Επίσης μελετάται η κατανομή της πλαστικής παραμόρφωσης καθώς και η μεταβολή της πίεσης επαφής κυλίνδρου-μέσου κατά την περιφέρεια του κυλίνδρου. Ακόμα εξετάζεται η επίδραση της επιβολής κάθετης ομοιόμορφης προφόρτισης στην μέγιστη πίεση που μπορεί να παραλάβει ο κύλινδρος χωρίς να αστοχήσει. Τέλος, τα αποτελέσματα της ανάλυσης συγκρίνονται με μια απλοποιημένη έκφραση που έχει προταθεί παλαιότερα και η οποία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για το σχεδίασμά τέτοιων κατασκευών.