Analysis of the Stress State of a Layer with Two Cylindrical Swivel Joints and a Cylindrical Cavity

In practice, connections in the form of cylindrical swivel joints are often encountered. However, exact methods for calculating such models are absent. Therefore, the development of algorithms to solve such problems is relevant. In this study, a spatial elasticity problem is solved for an infinite l...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2024
Автори: Мірошніков, В. Ю., Пелих, В. П., Деньщиков, О. Ю.
Формат: Стаття
Мова:English
Ukrainian
Опубліковано: Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2024
Онлайн доступ:https://journals.uran.ua/jme/article/view/309367
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Energy Technologies & Resource Saving

Репозитарії

Energy Technologies & Resource Saving
id oai:ojs.journals.uran.ua:article-309367
record_format ojs
institution Energy Technologies & Resource Saving
baseUrl_str
datestamp_date 2024-12-24T10:46:26Z
collection OJS
language English
Ukrainian
format Article
author Мірошніков, В. Ю.
Пелих, В. П.
Деньщиков, О. Ю.
spellingShingle Мірошніков, В. Ю.
Пелих, В. П.
Деньщиков, О. Ю.
Analysis of the Stress State of a Layer with Two Cylindrical Swivel Joints and a Cylindrical Cavity
author_facet Мірошніков, В. Ю.
Пелих, В. П.
Деньщиков, О. Ю.
author_sort Мірошніков, В. Ю.
title Analysis of the Stress State of a Layer with Two Cylindrical Swivel Joints and a Cylindrical Cavity
title_short Analysis of the Stress State of a Layer with Two Cylindrical Swivel Joints and a Cylindrical Cavity
title_full Analysis of the Stress State of a Layer with Two Cylindrical Swivel Joints and a Cylindrical Cavity
title_fullStr Analysis of the Stress State of a Layer with Two Cylindrical Swivel Joints and a Cylindrical Cavity
title_full_unstemmed Analysis of the Stress State of a Layer with Two Cylindrical Swivel Joints and a Cylindrical Cavity
title_sort analysis of the stress state of a layer with two cylindrical swivel joints and a cylindrical cavity
title_alt Аналіз напруженого стану шару з двома циліндричними шарнірами й циліндричною порожниною
Аналіз напруженого стану шару з двома циліндричними шарнірами й циліндричною порожниною
description In practice, connections in the form of cylindrical swivel joints are often encountered. However, exact methods for calculating such models are absent. Therefore, the development of algorithms to solve such problems is relevant. In this study, a spatial elasticity problem is solved for an infinite layer with two cylindrical swivel joints and a cylindrical cavity positioned parallel to each other and parallel to the layer surfaces. The embedded cylindrical swivel joints are represented as cavity with given contact-type conditions (normal displacements and tangential stresses). Stresses are specified on the layer surfaces and the cavity surface. The layer is considered in a Cartesian coordinate system, while the cylindrical cavities are considered in local cylindrical coordinates. The spatial elasticity problem is solved using the generalized Fourier method applied to the Lamé equations. Satisfying the boundary conditions results in a system of infinite linear algebraic equations, which undergo reduction methods. In the numerical study, the accuracy of boundary condition fulfillment reached 10-3 for stress values ranging from 0 to 1, with the equation system (Fourier series members) order of m=4. As the order of the system equations increases, the accuracy of calculations increases. Stress state analysis was conducted at varying distances between supports. The obtained results indicate that with an increased distance between supports, stresses on the supporting cylindrical surfaces of the layer and the cylindrical cavity surface decrease. These stresses are redistributed to the upper and lower surfaces of the layer, where the stresses increase and exceed the specified ones. The numerical outcomes can be applied to predict geometric parameters during design processes.
publisher Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
publishDate 2024
url https://journals.uran.ua/jme/article/view/309367
work_keys_str_mv AT mírošníkovvû analysisofthestressstateofalayerwithtwocylindricalswiveljointsandacylindricalcavity
AT pelihvp analysisofthestressstateofalayerwithtwocylindricalswiveljointsandacylindricalcavity
AT denʹŝikovoû analysisofthestressstateofalayerwithtwocylindricalswiveljointsandacylindricalcavity
AT mírošníkovvû analíznapruženogostanušaruzdvomacilíndričnimišarníramijcilíndričnoûporožninoû
AT pelihvp analíznapruženogostanušaruzdvomacilíndričnimišarníramijcilíndričnoûporožninoû
AT denʹŝikovoû analíznapruženogostanušaruzdvomacilíndričnimišarníramijcilíndričnoûporožninoû
first_indexed 2024-09-01T17:38:04Z
last_indexed 2024-12-25T04:07:05Z
_version_ 1821829847201087488
spelling oai:ojs.journals.uran.ua:article-3093672024-12-24T10:46:26Z Analysis of the Stress State of a Layer with Two Cylindrical Swivel Joints and a Cylindrical Cavity Аналіз напруженого стану шару з двома циліндричними шарнірами й циліндричною порожниною Аналіз напруженого стану шару з двома циліндричними шарнірами й циліндричною порожниною Мірошніков, В. Ю. Пелих, В. П. Деньщиков, О. Ю. In practice, connections in the form of cylindrical swivel joints are often encountered. However, exact methods for calculating such models are absent. Therefore, the development of algorithms to solve such problems is relevant. In this study, a spatial elasticity problem is solved for an infinite layer with two cylindrical swivel joints and a cylindrical cavity positioned parallel to each other and parallel to the layer surfaces. The embedded cylindrical swivel joints are represented as cavity with given contact-type conditions (normal displacements and tangential stresses). Stresses are specified on the layer surfaces and the cavity surface. The layer is considered in a Cartesian coordinate system, while the cylindrical cavities are considered in local cylindrical coordinates. The spatial elasticity problem is solved using the generalized Fourier method applied to the Lamé equations. Satisfying the boundary conditions results in a system of infinite linear algebraic equations, which undergo reduction methods. In the numerical study, the accuracy of boundary condition fulfillment reached 10-3 for stress values ranging from 0 to 1, with the equation system (Fourier series members) order of m=4. As the order of the system equations increases, the accuracy of calculations increases. Stress state analysis was conducted at varying distances between supports. The obtained results indicate that with an increased distance between supports, stresses on the supporting cylindrical surfaces of the layer and the cylindrical cavity surface decrease. These stresses are redistributed to the upper and lower surfaces of the layer, where the stresses increase and exceed the specified ones. The numerical outcomes can be applied to predict geometric parameters during design processes. На практиці часто зустрічаються з’єднання у вигляді циліндричних шарнірів. Проте точні методи для розрахунку подібних моделей відсутні. З огляду на це створення алгоритмів розв’язання таких задач є актуальним. У поданій роботі розв’язана просторова задача теорії пружності для нескінченого шару з двома циліндричними шарнірами й циліндричною порожниною, розташованими паралельно одна одній та паралельно поверхням шару. Циліндричні врізані шарніри подані у вигляді порожнин із заданими на них умовами контактного типу (нормальні переміщення й дотичні напруження). На поверхнях шару і на поверхні порожнини задані напруження. Шар розглядається у декартовій системі координат, циліндричні порожнини – у локальних циліндричних. Просторова задача теорії пружності розв’язується за допомогою узагальненого методу Фур’є, які застосовуються до рівнянь Ламе. Задовольняючи граничним умовам, створюється система нескінчених лінійних алгебраїчних рівнянь, до яких застосовується метод редукції. У числовому дослідженні точність виконання граничних умов склала 10-3 для значень напружень від 0 до 1 при порядку системи рівнянь (членів ряду Фур’є) m=4. При збільшенні порядку системи рівнянь точність розрахунків збільшується. Аналіз напруженого стану проведений при різній відстані між опорами. Отримані результати свідчать, що зі збільшенням цієї відстані напруження на опорних циліндричних поверхнях шару і на циліндричній поверхні порожнини зменшуються. Перерозподіл цих напружень відбувається на верхню й нижню поверхні шару, де напруження збільшуються і перевищують задані. Отримані числові результати можуть бути використані при прогнозуванні геометричних параметрів під час проєктування. На практиці часто зустрічаються з’єднання у вигляді циліндричних шарнірів. Проте точні методи для розрахунку подібних моделей відсутні. З огляду на це створення алгоритмів розв’язання таких задач є актуальним. У поданій роботі розв’язана просторова задача теорії пружності для нескінченого шару з двома циліндричними шарнірами й циліндричною порожниною, розташованими паралельно одна одній та паралельно поверхням шару. Циліндричні врізані шарніри подані у вигляді порожнин із заданими на них умовами контактного типу (нормальні переміщення й дотичні напруження). На поверхнях шару і на поверхні порожнини задані напруження. Шар розглядається у декартовій системі координат, циліндричні порожнини – у локальних циліндричних. Просторова задача теорії пружності розв’язується за допомогою узагальненого методу Фур’є, які застосовуються до рівнянь Ламе. Задовольняючи граничним умовам, створюється система нескінчених лінійних алгебраїчних рівнянь, до яких застосовується метод редукції. У числовому дослідженні точність виконання граничних умов склала 10-3 для значень напружень від 0 до 1 при порядку системи рівнянь (членів ряду Фур’є) m=4. При збільшенні порядку системи рівнянь точність розрахунків збільшується. Аналіз напруженого стану проведений при різній відстані між опорами. Отримані результати свідчать, що зі збільшенням цієї відстані напруження на опорних циліндричних поверхнях шару і на циліндричній поверхні порожнини зменшуються. Перерозподіл цих напружень відбувається на верхню й нижню поверхні шару, де напруження збільшуються і перевищують задані. Отримані числові результати можуть бути використані при прогнозуванні геометричних параметрів під час проєктування. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2024-08-12 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/309367 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 27 No. 2 (2024); 25-35 Проблемы машиностроения; Том 27 № 2 (2024); 25-35 Проблеми машинобудування; Том 27 № 2 (2024); 25-35 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/309367/300894 https://journals.uran.ua/jme/article/view/309367/300895 Copyright (c) 2024 В. Ю. Мірошніков, В. П. Пелих, О. Ю. Деньщиков http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0