Set-theoretic Approach to Determining the Strength Characteristics of a Discrete Model of a Cylindrical Shell Based on Vector Approximation

Authors

DOI:

https://doi.org/10.52575/2687-0959-2024-56-1-75-82

Keywords:

Normal Slope Angle, Vector and Scalar Approximation, Finite Sampling Element

Abstract

To determine the stress-strain state of the shell structure, a discrete model of an elliptical cylinder was used. The entire study area was divided into a finite number of disjoint sets (finite elements), interacting only at nodal points. The derivation of basic geometric relationships involves two calculation options: counting the angle of rotation of the normal from its initial state and from its deformed position. The components of the displacement vector, their first derivatives, and the components of the normal rotation angle vector are taken as nodal unknowns. Approximating expressions between the components of the displacement vector, their derivatives, the vector of the normal rotation angle of the internal point of the finite element and the components of the displacement vectors, their derivatives, the vectors of the normal rotation angles of its node points were obtained on the basis of a vector interpolation procedure, which makes it possible to automatically take into account the displacements of the cylindrical shell as absolutely solid body. This paper presents an algorithm for the strength calculation of an elliptical cylinder when measuring the angle of inclination of the normal from its deformed state, taking into account the vector interpolation procedure. A specific example shows the high efficiency of the proposed algorithm, which solves the problem of taking into account the displacement of a finite element as a rigid whole.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biography

Tlek R. Ishchanov, Volgograd State Agricultural University

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Higher Mathematics, Volgograd State Agrarian University,
Volgograd, Russia.

References

Голованов А.И., Тюленева О.Н., Шигабутдинов А.Ф. Метод конечных элементов в статике и динамике тонкостенных конструкций. М.: Физматлит; 2006. 391 с.

Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. СПб.: Изд-во С.- Петерб. ун-та; 2010. 380 с.

Салахутдинов М.А., Каюмов Р.А., Арипов Д.Н., Ханеков А.Р. Численное исследование несущей способности балки составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей. Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2022;2(60):15–23. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_15

Bishop J. A displacement-based finite element formulation for general polyhedra using harmonic shape functions. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2014;97(1):1–31.

Chi H., Talischi C., Lopez-Pamies O. Polygonal finite elements for finite elasticity. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2015;101:305–328.

Liang K., Ruess M., Abdalla M. Co-rotational finite element formulation used in the Koiter-Newton method for nonlinear buckling analyses. Finite Elements in Analysis and Design. 2016;116:38–54.

Постнов В.А., Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. Л.: Судостроение; 1974. 344 c.

Вольмир А.С. Современные проблемы теории пластинок и оболочек в летательных аппаратах. Актуальные проблемы авиационной науки и техники. 1984;77–87.

Рикардс Р.Б. Метод конечных элементов в теории оболочек и пластин. Рига: Зинатне; 1988. 248 c.

Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М.: Наука; 1966. 636 c.

Черных К.Ф. Линейная теория оболочек. Ч. 2. Некоторые вопросы теории. Ленинград, Изд-во ЛГУ; 1964. 394 c.

Ищанов Т.Р. Анализ НДС цилиндрической оболочки при использовании четырехугольного элемента дискретизации с учетом деформации поперечного сдвига. В сборнике: Инновационные технологии в агропромышленном комплексе в условиях цифровой трансформации. Материалы Международной научно-практической конференции. Волгоград. 2022;117–122.

Паймушин В.Н., Камалутдинов А.М., Шишов М.А., Чумакова С.Ф. Уточненная трансформационная модель деформирования стержня-полосы с закрепленным участком на одной из лицевых поверхностей. Известия высших учебных заведений. Математика. 2023;8:78–86. DOI: 10.26907/0021-3446-2023-8-78-86

Паймушин В.Н. Плоские задачи механики прямых стержней с учетом деформируемости участков закрепления, имеющих конечную длину. Известия высших учебных заведений. Математика. 2022;3:89–96. DOI: 10.26907/0021-3446-2022-3-89-96

Badriev I., Paimushin V., Shihov M. A. Refined equations of the sandwich shells theory with composite external layers and a transverse soft core at average bending. Lobachevskii Journal of Mathematics. 2019;40(11):1904–1914. DOI: 10.1134/S1995080219110076

Седов Л.И. Механика сплошной среды. М.: Наука; 1976. 536 c.

Джабраилов А.Ш., Николаев А.П., Клочков Ю.В., Гуреева Н.А., Ищанов Т.Р. Нелинейное деформирование осесимметрично нагруженной оболочки вращения на основе МКЭ при различных вариантах определяющих уравнений. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2022;22(1):48–61. DOI: 10.18500/1816-9791-2022-22-1-48-61


Abstract views: 22

##submission.share##

Published

2024-03-30

How to Cite

Ishchanov, T. R. (2024). Set-theoretic Approach to Determining the Strength Characteristics of a Discrete Model of a Cylindrical Shell Based on Vector Approximation. Applied Mathematics & Physics, 56(1), 75-82. https://doi.org/10.52575/2687-0959-2024-56-1-75-82

Issue

Section

Physics. Mathematical modeling