Основные положения безмоментной теории расчета тонкостенных оболочек
При проектировании пространственных конструкций газонефтехранилищ всегда нужно стремиться к тому, чтобы в оболочке этих сооружений отсутствовали изгибающие и крутящие моменты, приводящие к изгибным напряжениям, а напряженное состояние складывалось только от действия нормальных и сдвигающих усилий. От их действия напряжения в оболочке получаются значительно ниже, чем от действия крутящих, и особенно изгибающих моментов, поэтому чисто изгибающий тип напряженного состояния опасен и технически невыгоден для тонкостенных пространственных сооружений. Внутренняя энергия деформации оболочки при изгибе значительно больше, чем при растяжении или сжатии. Напряженное состояние оболочки, зависящее только от действия нормальных и сдвигающих усилий, называется безмоментным.
К сожалению, прийти к безмоментному напряженному состоянию оболочки удается не всегда, а только в тех случаях, когда соблюдаются следующие условия его существования:
- оболочка должна иметь плавно изменяющуюся непрерывную
поверхность. В зонах резкого изменения формы (перелом поверхности,
скачкообразное изменение толщины оболочки) величина деформаций
элементов оболочки различна, а это, в свою очередь, приводит к изгибу;
- нагрузка на оболочку должна быть плавной и непрерывной;
- условия закрепления краев оболочки должны иметь возможность
свободно перемещаться в направлении нормали к срединной поверхности.
Если не учитывать местные изгибные напряжения в стыках поясов
стального вертикального цилиндрического резервуара вследствие изменения
толщины стенки, то средняя часть его корпуса при действии
эксплуатационной нагрузки будет находиться в безмоментном напряженном
состоянии. Нижняя кромка оболочки резервуара жестко сопряжена с
окрайками днища, верхняя – с упругим кольцом жесткости, поэтому края
оболочки не могут свободно смещаться в направлении нормали к срединной
поверхности, что приводит к появлению в зонах, примыкающих к краям,
изгибающих моментов и резкому увеличению величины напряжений;
- силы, приложенные к краям оболочки, должны лежать в плоскости,
касательной к ее поверхности.
Оболочкойназывается тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми мало по сравнению с прочими размерами тела.
Срединной поверхностью оболочки является геометрическое место точек, равно удаленных от обеих поверхностей.
Оболочки, имеющие форму тел вращения (рис.9.1), стенки которых тонки (t<0,lD0), не имеют резких переходов и изломов при действии осесимметричных нагрузок (например, давления жидкости или газа), попадают под класс тонкостенных сосудов и могут быть рассчитаны по безмоментной теории.