Дослідження гідропружних коливань елементів конструкцій з використанням методів скінченних та граничних елементів
Анотація
Для дослідження частот та форм коливань елементів конструкцій, які функціонують при взаємодії з рідиною, запропоновано підхід, заснований на сумісному використанні методів скінченних та граничних елементів. Для опису руху як конструктивного елементу, так і рідини використовуються основні співвідношення механіки суцільного середовища. При дослідженні елементів конструкцій прийняті лінійні співвідношення між напруженнями та деформаціями, тобто розглядаються пружні елементи. Для опису руху рідини застосовані співвідношення між компонентами тензорів напружень та швидкостей деформацій. Вважається, що рідина є ідеальною та нестисливою. Отримано рівняння Лапласа відносно тиску рідини на змочені поверхні елементів конструкцій та сформульовані відповідні граничні умови при однобічному та двобічному контакті елементу конструкції з рідиною. Побудовані інтегральні рівняння для визначення тиску. У випадку двобічного контакту елементу конструкції з рідиною отримано гіпрсингулярне інтегральне рівняння. Якщо контакт з рідиною є однобічним, то побудовані сингулярні інтегральні рівняння, що мають логарифмічні особливості та особливості типу Коші. За наявністю аксіальної симетрії конструкції отримані інтегральні рівняння зводяться до одновимірних. Розглянуто круглу пружну пластинку за різні умови закріплення. Побудовані форми вільних коливань цього конструктивного елементу, які слугують базисними функціями при вивченні коливань пластинки з урахуванням приєднаних мас рідини. При цьому використовувався метод скінченних елементів. Для знаходження тиску рідини на пластинку побудовано одновимірне гіперсингулярне інтегральне рівняння. Отримані частоти та форми коливань пластинки з урахуванням приєднаних мас рідини. Проведено дослідження точності та вірогідності запропонованого методу.
Завантаження
Посилання
/Посилання
Eseleva E.V., Gnitko V.I., Strelnikova E.A. Natural vibrations of pressure vessels when interacting with liquid. Problems of Mechanical Engineering, vol. 9, no 1, pp.105 – 118, 2006. URL: http://journals.uran.ua/jme/issue/archive [in Russian]
Medvedovskaya T. Free Hydroelastic Vibrations of Hydroturbine Head Covers / T. Medvedovskaya, E. Strelnikova, K. Medvedyeva // Intern. J. Eng. and Advanced Research Technology (IJEART). – 2015. – Vol. 1, No 1. – P. 45 - 50. – DOI 10.13140/RG.2.1.3527.4961 URL: https://www.researchgate.net/publication/282868308_
Sheludko GA, Shupikov OM, Smetankina NV, Ugrimov SV Applied adaptive search.- Kharkiv: Eye URL: http://irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis
Gnitko, V., Naumenko, V., Rozova, L., Strelnikova, E. Multi-domain boundary element method for liquid sloshing analysis of tanks with baffles. Journal of Basic and Applied Research International, 17(1), pp.75-87, 2016 URL: https://www.researchgate.net/publication/301655238
Degtyarev, K., Glushich, P., Gnitko, V., Strelnikova, E. Numerical Simulation of Free Liquid-Induced Vibrations in Elastic Shells. // International Journal of Modern Physics and Applications. Vol. 1, No. 4, pp. 159-168, 2015. DOI: 10.13140/RG.2.1.1857.5209 URL: https://www.researchgate.net/publication/280728146
Strelnikova E., Gnitko V., Krutchenko D., Naumemko Y. Free and forced vibrations of liquid storage tanks with baffles J. Modern Technology & Engineering Vol.3, No.1, 2018, pp.15-52 URL: http://jomardpublishing.com/UploadFiles/Files/journals/JTME/V3No1/StrelnikovaE.pdf
Ganchin E.V., Rzhevskaya I.E., Strelnikova E.A. Investigation of the dynamic characteristics of impeller blades of Kaplan hydraulic turbines when interacting with a liquid. Bulletin of Kharkiv National University, no. 847, pp.79-86, 2009. URL: http://mia.univer.kharkov.ua/11/30078.pdf [in Russian]
Degtyarev K. Strelnikova E. Sheludko G. Computer modeling of wind turbine blades with optimal parameters. Bulletin of V.N. Karazin Kharkiv National University. Series: Mathematical modeling. Information Technology. Automated control systems, no. 19, pp.81 – 86, 2012. URL: http://mia.univer.kharkov.ua/19/30251.pdf [in Russian]
Ishmuratov F.Z., Kuznetsov A.G., Mosunov V.A. Application of the Ritz polynomial method for calculating the characteristics of dynamic aeroelasticity taking into account gyroscopic forces. Uchenye zapiski CAGI, vol. 48, no. 6, pp.64 – 74, 2017. URL: http://www.tsagi.ru/institute/publications/memoirs/archive_annotations/ [in Russian]
Strelnikova E.A., Hypersingular integral equations in two-dimensional boundary value problems for the Laplace equation and the Lame equations, Dopovidi NAN Ukraini. no. 3, pp.27-31, 2001. URL: https://www.dopovidi-nanu.org.ua/uk/archive
Gandel Yu.V. Introduction to methods for calculating singular and hypersingular integrals. - Kharkov: Ed. Kharkiv national university, 92 p., 2010. URL: http://ekhnuir.univer.kharkov.ua/handle/123456789/247
Segerlind L. Applied finite element method - M .: Mir- 392 p., 1979. URL: https://studizba.com/files/show/djvu/1936-1-segerlind-l--primenenie-metoda.html [in Russian]
Brebbia, C.A, Telles, J.C.F & Wrobel, L.C., Boundary element techniques: theory and applications in engineering. Springer-Verlag: Berlin and New York, 1984. URL: https://studizba.com/files/show/djvu/1932-1-brebbiya-k-telles-zh-vroubel-l--metody.html
Sedov L.I. Mechanics of a continuous medium. Volume 1 M .: Nauka, 1970., 492 p. URL: http://lib.brsu.by/sites/default/files/books
Kantor B.Ya. Strelnikova E.A. Hypersingular integral equations in problems of continuum mechanics. Kharkov: Novoe Slovo, 252 p., 2005. URL: https://www.twirpx.com/file/1394980/
Gunther N.M. Potential theory and its application to the main problems of mathematical physics. –M .: Gostekhteorizdat, 1953. - 416 p. URL: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/G/GYUNTER_Nikolay_Maksimovich/_Gyunter_N.M..html#0003
M. K. Kwak. Axisymmetric vibration of circular plates in contact with fluid. Journal ofSound and Vibration (1991) 146(3), 381-389. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0022460X9190696H
Karaiev A., Strelnikova E. Axisymmetric polyharmonic spline approximation in the dual reciprocity method ZAMM‐Journal of Applied Mathematics and Mechanics/Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, pp. e201800339. DOI: 10.1002/zamm.201800339 URL: https://scholar.google.com/citations?user=5d87MvoAAAAJ&hl=de
Karaiev A. Singular integrals in axisymmetric problems of elastostatics / A. Karaiev, E. Strelnikova //International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing., 2020, Vol. 11, № 1, 2050003 . DOI: 10.1142/S1793962320500038. URL: https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793962320500038
V. Gnitko, K. Degtyariov, A. Karaiev, and E. Strelnikova, “Multi-domain boundary element method for axisymmetric problems in potential theory and linear isotropic elasticity“ WIT Transactions on Engineering Sciences, Vol. 122, WIT Press, pp.13-25, 2019. DOI: 10.2495/BE410021 URL: https://www.witpress.com/elibrary/wit-transactions-on-engineering-sciences/122/37070
Strelnikova E., Kriutchenko D., Gnitko V. and Degtyarev K. Boundary element method in nonlinear sloshing analysis for shells of revolution under longitudinal excitations. Engineering Analysis with Boundary Elements, 2020, Vol. 111, p. 78-87. Available from: doi: 10.1016/j.enganabound.2019.10.008 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0955799719306149
Еселева Е.В. Собственные колебания сосудов высокого давления при взаимодействии с жидкостью / Е.В. Еселева, В.И. Гнитько, Е.А. Стрельникова // Пробл. машиностроения. 2006. Т. 9. №1, С.105 - 118. URL: http://journals.uran.ua/jme/issue/archive
Medvedovskaya T. Free Hydroelastic Vibrations of Hydroturbine Head Covers / T. Medvedovskaya, E. Strelnikova, K. Medvedyeva // Intern. J. Eng. and Advanced Research Technology (IJEART). – 2015. – Vol. 1, No 1. – P. 45 - 50. – DOI 10.13140/RG.2.1.3527.4961 URL: https://www.researchgate.net/publication/282868308_
Шелудько Г.А., Шупіков О.М., Сметанкіна Н.В., Угрімов С.В. Прикладний адаптивний пошук.- Харків: Око, 2001.-191 с. URL: http://irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis
Gnitko, V., Naumenko, V., Rozova, L., Strelnikova, E. Multi-domain boundary element method for liquid sloshing analysis of tanks with baffles. Journal of Basic and Applied Research International, 17(1), pp.75-87, 2016 URL: https://www.researchgate.net/publication/301655238
Degtyarev, K., Glushich, P., Gnitko, V., Strelnikova, E. Numerical Simulation of Free Liquid-Induced Vibrations in Elastic Shells. // International Journal of Modern Physics and Applications. Vol. 1, No. 4, pp. 159-168, 2015. DOI: 10.13140/RG.2.1.1857.5209 URL: https://www.researchgate.net/publication/280728146
Strelnikova E., Gnitko V., Krutchenko D., Naumemko Y. Free and forced vibrations of liquid storage tanks with baffles J. Modern Technology & Engineering Vol.3, No.1, 2018, pp.15-52 URL: http://jomardpublishing.com/UploadFiles/Files/journals/JTME/V3No1/StrelnikovaE.pdf
Ганчин Е.В., Ржевская И.Е., Стрельникова Е.А. Исследование динамических характеристик лопастей рабочих колес поворотно-лопастных гидротурбин при взаимодействии с жидкостью. Вісник Харківського національного університету, 2009. – № 847. – С. 79-86. URL: http://mia.univer.kharkov.ua/11/30078.pdf
Дегтярев К.Г., Стрельникова Е. А., Шелудько Г. А. Компьютерное моделирование лопастей ветроустановок с оптимальными параметрами / Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія: Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління, No 19, 2012, С.81-86 URL: http://mia.univer.kharkov.ua/19/30251.pdf
Ишмуратов Ф.З. Применение полиномиального метода Ритца для расчета характеристик динамической аэроупругости с учетом гироскопических сил / Ишмуратов Ф.З., Кузнецов А.Г., Мосунов В.А. // Ученые записки ЦАГИ, 2017. Т.48. – №6, – С. 64-74. URL: http://www.tsagi.ru/institute/publications/memoirs/archive_annotations/.
Стрельникова Е. А. Гиперсингулярные интегральные уравнения в двумерных краевых задачах для уравнения Лапласа и уравнений Ламе // Доп. НАН України. 2001. – №3. – С. 27-31 URL: https://www.dopovidi-nanu.org.ua/uk/archive
Гандель Ю.В. Введение в методы вычисления сингулярных и гиперсингулярных интегралов. – Харьков: Изд. Харьк. национального ун-та им. В.Н. Каразина , 2000. – 92 с. URL: http://ekhnuir.univer.kharkov.ua/handle/123456789/247
Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов – М.: Мир, 1979. – 392 С. URL: https://studizba.com/files/show/djvu/1936-1-segerlind-l--primenenie-metoda.html
Brebbia, C.A, Telles, J.C.F & Wrobel, L.C., Boundary element techniques: theory and applications in engineering. Springer-Verlag: Berlin and New York, 1984. URL: https://studizba.com/files/show/djvu/1932-1-brebbiya-k-telles-zh-vroubel-l--metody.html
Седов Л.И. Механика сплошной среды. Том 1 М.: Наука, 1970., 492 с. URL: http://lib.brsu.by/sites/default/files/books
Кантор Б.Я. Гиперсингулярные интегральные уравнения в задачах механики сплошной среды / Б.Я. Кантор, Е.А. Стрельникова. – Харьков: Новое слово, 2005. – 252 с. URL: http://mia.univer.kharkov.ua/11/30090.pdf
Гюнтер Н.М. Теория потенциала и ее применение к основным задачам математической физики. –М.: Гостехтеориздат, 1953. – 416 с. URL: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/G/GYUNTER_Nikolay_Maksimovich/_Gyunter_N.M..html#0003
M. K. Kwak. Axisymmetric vibration of circular plates in contact with fluid. Journal ofSound and Vibration (1991) 146(3), 381-389. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0022460X9190696H
Karaiev A., Strelnikova E. Axisymmetric polyharmonic spline approximation in the dual reciprocity method ZAMM‐Journal of Applied Mathematics and Mechanics/Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, pp. e201800339. DOI: 10.1002/zamm.201800339 URL: https://scholar.google.com/citations?user=5d87MvoAAAAJ&hl=de
Karaiev A. Singular integrals in axisymmetric problems of elastostatics / A. Karaiev, E. Strelnikova //International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing. 2020 Vol. 11, № 1, 2050003 . DOI: 10.1142/S1793962320500038. URL: https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793962320500038
V. Gnitko, K. Degtyariov, A. Karaiev, and E. Strelnikova, “Multi-domain boundary element method for axisymmetric problems in potential theory and linear isotropic elasticity“ WIT Transactions on Engineering Sciences, Vol. 122, WIT Press, pp.13-25, 2019. DOI: 10.2495/BE410021 URL: https://www.witpress.com/elibrary/wit-transactions-on-engineering-sciences/122/37070
Strelnikova E., Kriutchenko D., Gnitko V. and Degtyarev K. Boundary element method in nonlinear sloshing analysis for shells of revolution under longitudinal excitations. Engineering Analysis with Boundary Elements, 2020, Vol. 111, p. 78-87. Available from: doi: 10.1016/j.enganabound.2019.10.008 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0955799719306149