КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ СПОСОБУ РОЗТАШУВАННЯ ЕЛІПТИЧНИХ ВКЛЮЧЕНЬ НА ПРОЦЕС ДЕФОРМУВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ОБОЛОНКИ З КРУГОВИМ ОТВОРОМ
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.04.052 Thin-walled plate-shell structural elements find wide application in many sectors of engineering and the national economy, particularly in the aerospace and the oil and gas industry, power engineering, mechanical engineering, construction, etc. The integr...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
текст 3
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/154 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technical Mechanics |
Institution
Technical Mechanics| _version_ | 1856543612063449088 |
|---|---|
| author | HART, E. L. SHEBANOV, O. D. |
| author_facet | HART, E. L. SHEBANOV, O. D. |
| author_sort | HART, E. L. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-12-23T21:59:04Z |
| description | DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.04.052
Thin-walled plate-shell structural elements find wide application in many sectors of engineering and the national economy, particularly in the aerospace and the oil and gas industry, power engineering, mechanical engineering, construction, etc. The integrity and homogeneity of structures can be compromised by the presence of inhomogeneities. Such structures often have various manufacturing defects or design inhomogeneities: holes, cutouts, recesses, inclusions, microcracks, and other similar formations, which act as local stress concentrators. Under real-world operating conditions, an increased stress concentration in the zones of local stress concentrators significantly affects the strength and durability of structural elements, thus making a search for ways to reduce stress concentration a key issue in solid mechanics. When designing up-to-date equipment, optimizing material consumption and extending the service life of components using novel materials and technologies is a priority, which determines their competitiveness in various industries.
This study involves a computer simulation and a finite element analysis of the stress and strain fields of thin-walled cylindrical shells with a small circular through hole and several elliptical inclusions of a different material symmetrically arranged around it. For definiteness, it is assumed that the inclusions are homogeneous and located in the plane of the shell. This paper analyzes the effect of the geometry, the mechanical properties, the number, and the arrangement of the inclusions on the stress and strain fields of the shells in the vicinity of the holes under the action of a uniaxial uniform tensile load applied to the shell ends. The distributions of the stress and strain intensities in the zones of local stress concentration are obtained. The obtained numerical results are compared with the results for shells without inclusions and with known similar results for plates. It is shown that the use of "stiff" elliptical inclusions contributes to stress concentration reduction by ~ (10 – 36) % depending on their number and arrangement. In the case of two diagonal inclusions, the stress concentration zone shifts, which is in agreement with the results for a similar problem for a plate.
REFERENCES
1. Avdonin A. S. Applied Methods for the Design of Shells and Thin-Walled Structures. Moscow: Mashinostroyeniye, 1969. 402 pp. (In Russian).
2. Balashova S. D., Tavadze E. L. On the convergence of the projection-iteration method for solving an extremal problem with constraints. Mathematical Models and Computational Methods in Applied Problems. Dnipropetrovsk: Dnipropetrovsk State University, 1996. Рp. 128-134. (In Russian).
3. Hart E. L., Rybalko Ya. V. Interaction of a circular hole and the surrounding elliptic inclusions under elastic deformation of a rectangular plate. Problems in Computational Mechanics and Structural Strength. Dnipro: Lira, 2019. V. 30. Pp. 5-18. (In Ukrainian).
4. Hart E. L., Shebanov O. D. Stress concentration around a circular hole in a cylindrical shell in the presence of surrounding elliptical inclusions. Problems in Computational Mechanics and Strength of Structures. Dnipro: Lira, 2024. V. 38. P. 36-50. (In Ukrainian).
5. Hudramovich V. S., Hart E. L., Strunin K. A. Simulation of straining the plate with elastic extended inclusions based on finite element method. Teh. Meh. 2014. No. 2. Pp. 12-23. (In Russian).
6. Guz A. N., Chernyshenko I. S. et al. Theory of Thin Shells Weakened by Holes. Kyiv: Naukova Diumka, 1980. 636 pp. (In Russian).
7. Kraiko A. N. Numerical Methods for Shell Analysis. Moscow: Mashinostroyeniye, 1986. 368 pp. (In Russian).
8. Pidstrygach Ya. S. Selected Works. Kyiv: Naukova Dumka, 1995. 460 рp. (In Ukrainian).
9. Savin G. N. Stress Distribution around Holes. Kyiv: Naukova Dumka, 1968. 888 pp. (In Russian).
10. Shtern M. B., Rud V. D. Mechanical and Computer Models for Consolidation of Granular Media Based on Metal and Ceramic Powders During Deformation and Sintering. V. V. Skorokhod (Ed.). Lutsk: Lutsk National Technical University, 2010. 232 рp. (In Russian).
11. Altenbach H., Altenbach J., Kissing W. Mechanics of Composite Structural Elements. Singapore: Springer, 2018. 503 рp. https://doi.org/10.1007/978-981-10-8935-0
12. Bull J. W. Stress around large circular holes in uniform circular cylinders. J. Strain Anal. Eng. Des. 1982. V. 17. No. 1. Pp. 9-12. https://doi.org/10.1243/03093247V171009
13. Gudramovich V. S., Gart É. L., Strunin K. А. Modeling of the behavior of plane-deformable elastic media with elongated elliptic and rectangular inclusions. Materials Science. 2017. V. 52. No. 6. Рp. 768-774. https://doi.org/10.1007/s11003-017-0020-z
14. Haque A., Ahmed L., Ramasetty A. Stress concentrations and notch sensitivity in woven ceramic matrix composites containing a circular hole - an experimental, analytical, and finite element study. J. Amer. Ceramic Soc. 2005. V. 88. No. 8. Pp. 2195-2201. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00404.x
15. Hart E. L., Hudramovich V. S. Projection-iterative modification of the method of local variations for problems with a quadratic functional. J. Appl. Math. Mech. 2016. V. 80. No. 2. Pp. 156-163.https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2016.06.005
16. Hart E. L., Hudramovich V. S. Computer simulation of the stress-strain state of plates with reinforced elongate rectangular holes of various orientations. Strength of Materials and Theory of Structures. Kyiv: KNUBA, 2022. Issue 108. Pp. 77-86. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.108.77-86
17. Hudramovich V. S., Hart E. L., Terokhin B. I. Stress concentration around a circular hole in thin plates and cylindrical shells with a radially inhomogeneous inclusion. Selected Problems of Solid Mechanics and Solving Methods. Advanced Structured Materials. Cham: Springer, 2024. V. 204. Chapter 18. Pp. 249-264. https://doi.org/10.1007/978-3-031-54063-9_18
18. Hudramovich V. S., Sirenko V. N., Klimenko D. V., Daniev Yu. F., Hart E. L. Development of the normative framework methodology for justifying the residual resource of starting buildings' constructions of space launch vehicles. Strength of Materials. 2019. V. 51. No. 3. Pp. 333-340.https://doi.org/10.1007/s11223-019-00079-4
19. Kamalarajah R., Bull J. W., Chizari M. An investigation on circular cut-outs multilayer thin walled pipes. IAENG Transactions on Engineering Sciences. 2018. Pp. 1-13.https://doi.org/10.1142/9789813230774_0001
20. Kumar R. V., Ramamurthy G., Rao K., Lakshminarayana H. An improved finite element model to study stress concentration around an elliptical cutout in pressure vessel: Validation : Part-I. J. Aerospace Sciences and Technologies. 2007. V. 59. No. 3. Pp. 196-207.https://doi.org/10.61653/joast.v59i3.2007.711
21. Lekkerkerker J. G. Stress concentration around circular holes in cylindrical shells. AIAA J. 1964. V. 10. Pp. 1466-1472.
22. Lurie A. I. Theory of Elasticity. Foundations of Engineering Mechanics. Berlin, Heidelberg: Springer, 2005. 1050 pр. https://doi.org/10.1007/978-3-540-26455-2
23. Lyashenko B. A., Soroka E., Rutkovskii A. V., Lipinskaya N. V. Determination of discrete-structure parameters of coatings with allowance for residual stresses. Strength of Materials. 2002. V. 34. No. 4. Pp. 402-406. https://doi.org/10.1023/A:1020344724002
24. Murthy M. V. V., Rao K. P., Rao A. K. On the stress problem of large elliptical cutouts and cracks in circular cylindrical shells. Int. J. Solids Struct. 1974. V. 10. No. 11. Pp. 1243-1269.https://doi.org/10.1016/0020-7683(74)90071-7
25. Nguyen D. H., Wang H. Multi-scale analyses of three dimensional woven composite 3d shell with a cut out circle. Appl. Compos. Mater. 2019. V. 26. Pp. 339-356.https://doi.org/10.1007/s10443-018-9695-z
26. Oterkus E., Madenci E., Nemeth M. P. Stress analysis of composite cylindrical shells with an elliptical cutout. J. Mech. Mater. Struct. 2007. V. 2. No. 4. Pp. 695-727. https://doi.org/10.2140/jomms.2007.2.695
27. Pierce D. N., Chou S. I. Stresses around elliptic holes in circular cylindrical shells. Exp. Mech. 1973. V. 13. Pp. 487-492. https://doi.org/10.1007/BF02322735
28. Pilkey W. D., Pilkey D. F., Bi Z. Peterson's Stress Concentration Factors. Wiley, 2020. 640 рp.https://doi.org/10.1002/9781119532552
29. Russo A, Sellitto A, Saputo S, Acanfora V, Riccio A. A numerical-analytical approach for the preliminary design of thin-walled cylindrical shell structures with elliptical cut-outs. Aerospace. 2019. V. 6. No. 5. Pp. 1-15. https://doi.org/10.3390/aerospace6050052
30. Shariati M., Rokhi M. M. Buckling of steel cylindrical shells with an elliptical cutout. Steel Struct. 2010. V. 10. No. 2. Pp. 193-205. https://doi.org/10.1007/BF03215830
31. Sharma D. S. Stress distribution around polygonal holes. International Journal of Mechanical Sciences. 2012. Vol. 65. No. 1. Pp. 115-124. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2012.09.009
32. Tennyson R. C. The effects of unreinforced circular cutouts on the buckling of circular cylindrical shells under axial compression. J. Eng. Ind. 1968. V. 90. No. 4. Pp. 541-546.https://doi.org/10.1115/1.3604686
33. Van Tooren M. J. L., Van Stijn I. P. M., Beukers A. Curvature effects on the stress distribution in sandwich cylinders with a circular cut-out. Compos. Part A: Applied Science and Manufacturing. 2002. V. 33. No. 11. Pp. 1557-1572. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(02)00116-1
34. Washizu K. Variational Methods in Elasticity and Plasticity. Oxford, New York: Pergamon Press, 1975. 420 рp.
35. Yazici M., Ozcan R., Ulku S., Okur I. Buckling of composite plates with U-shaped cutouts. J. Compos. Mater. 2003. V. 37. No. 24. Pp. 2179-2195. https://doi.org/10.1177/002199803038109
36. Zienkiewicz O. C., Teylor R. L. The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics. New York: Elsevier, 2005. 632 рp.
|
| first_indexed | 2025-12-17T12:05:41Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-154 |
| institution | Technical Mechanics |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-02-08T08:05:59Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | текст 3 |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-1542025-12-23T21:59:04Z COMPUTER SIMULATION OF THE EFFECT OF ELLIPTICAL INCLUSION ARRANGEMENT ON THE STRAINING OF A CYLINDRICAL SHELL WITH A CIRCULAR HOLE КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ СПОСОБУ РОЗТАШУВАННЯ ЕЛІПТИЧНИХ ВКЛЮЧЕНЬ НА ПРОЦЕС ДЕФОРМУВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ОБОЛОНКИ З КРУГОВИМ ОТВОРОМ HART, E. L. SHEBANOV, O. D. тонкостінна циліндрична оболонка, круговий отвір, еліптичні включення, напружено-деформований стан, коефіцієнт концентрації напружень, метод скінченних елементів, комп’ютерне моделювання. thin-walled cylindrical shell, circular hole, elliptical inclusions, stress and strain fields, stress concentration factor, finite element method, computer simulation. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.04.052 Thin-walled plate-shell structural elements find wide application in many sectors of engineering and the national economy, particularly in the aerospace and the oil and gas industry, power engineering, mechanical engineering, construction, etc. The integrity and homogeneity of structures can be compromised by the presence of inhomogeneities. Such structures often have various manufacturing defects or design inhomogeneities: holes, cutouts, recesses, inclusions, microcracks, and other similar formations, which act as local stress concentrators. Under real-world operating conditions, an increased stress concentration in the zones of local stress concentrators significantly affects the strength and durability of structural elements, thus making a search for ways to reduce stress concentration a key issue in solid mechanics. When designing up-to-date equipment, optimizing material consumption and extending the service life of components using novel materials and technologies is a priority, which determines their competitiveness in various industries. This study involves a computer simulation and a finite element analysis of the stress and strain fields of thin-walled cylindrical shells with a small circular through hole and several elliptical inclusions of a different material symmetrically arranged around it. For definiteness, it is assumed that the inclusions are homogeneous and located in the plane of the shell. This paper analyzes the effect of the geometry, the mechanical properties, the number, and the arrangement of the inclusions on the stress and strain fields of the shells in the vicinity of the holes under the action of a uniaxial uniform tensile load applied to the shell ends. The distributions of the stress and strain intensities in the zones of local stress concentration are obtained. The obtained numerical results are compared with the results for shells without inclusions and with known similar results for plates. It is shown that the use of "stiff" elliptical inclusions contributes to stress concentration reduction by ~ (10 – 36) % depending on their number and arrangement. In the case of two diagonal inclusions, the stress concentration zone shifts, which is in agreement with the results for a similar problem for a plate. REFERENCES 1. Avdonin A. S. Applied Methods for the Design of Shells and Thin-Walled Structures. Moscow: Mashinostroyeniye, 1969. 402 pp. (In Russian). 2. Balashova S. D., Tavadze E. L. On the convergence of the projection-iteration method for solving an extremal problem with constraints. Mathematical Models and Computational Methods in Applied Problems. Dnipropetrovsk: Dnipropetrovsk State University, 1996. Рp. 128-134. (In Russian). 3. Hart E. L., Rybalko Ya. V. Interaction of a circular hole and the surrounding elliptic inclusions under elastic deformation of a rectangular plate. Problems in Computational Mechanics and Structural Strength. Dnipro: Lira, 2019. V. 30. Pp. 5-18. (In Ukrainian). 4. Hart E. L., Shebanov O. D. Stress concentration around a circular hole in a cylindrical shell in the presence of surrounding elliptical inclusions. Problems in Computational Mechanics and Strength of Structures. Dnipro: Lira, 2024. V. 38. P. 36-50. (In Ukrainian). 5. Hudramovich V. S., Hart E. L., Strunin K. A. Simulation of straining the plate with elastic extended inclusions based on finite element method. Teh. Meh. 2014. No. 2. Pp. 12-23. (In Russian). 6. Guz A. N., Chernyshenko I. S. et al. Theory of Thin Shells Weakened by Holes. Kyiv: Naukova Diumka, 1980. 636 pp. (In Russian). 7. Kraiko A. N. Numerical Methods for Shell Analysis. Moscow: Mashinostroyeniye, 1986. 368 pp. (In Russian). 8. Pidstrygach Ya. S. Selected Works. Kyiv: Naukova Dumka, 1995. 460 рp. (In Ukrainian). 9. Savin G. N. Stress Distribution around Holes. Kyiv: Naukova Dumka, 1968. 888 pp. (In Russian). 10. Shtern M. B., Rud V. D. Mechanical and Computer Models for Consolidation of Granular Media Based on Metal and Ceramic Powders During Deformation and Sintering. V. V. Skorokhod (Ed.). Lutsk: Lutsk National Technical University, 2010. 232 рp. (In Russian). 11. Altenbach H., Altenbach J., Kissing W. Mechanics of Composite Structural Elements. Singapore: Springer, 2018. 503 рp. https://doi.org/10.1007/978-981-10-8935-0 12. Bull J. W. Stress around large circular holes in uniform circular cylinders. J. Strain Anal. Eng. Des. 1982. V. 17. No. 1. Pp. 9-12. https://doi.org/10.1243/03093247V171009 13. Gudramovich V. S., Gart É. L., Strunin K. А. Modeling of the behavior of plane-deformable elastic media with elongated elliptic and rectangular inclusions. Materials Science. 2017. V. 52. No. 6. Рp. 768-774. https://doi.org/10.1007/s11003-017-0020-z 14. Haque A., Ahmed L., Ramasetty A. Stress concentrations and notch sensitivity in woven ceramic matrix composites containing a circular hole - an experimental, analytical, and finite element study. J. Amer. Ceramic Soc. 2005. V. 88. No. 8. Pp. 2195-2201. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00404.x 15. Hart E. L., Hudramovich V. S. Projection-iterative modification of the method of local variations for problems with a quadratic functional. J. Appl. Math. Mech. 2016. V. 80. No. 2. Pp. 156-163.https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2016.06.005 16. Hart E. L., Hudramovich V. S. Computer simulation of the stress-strain state of plates with reinforced elongate rectangular holes of various orientations. Strength of Materials and Theory of Structures. Kyiv: KNUBA, 2022. Issue 108. Pp. 77-86. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.108.77-86 17. Hudramovich V. S., Hart E. L., Terokhin B. I. Stress concentration around a circular hole in thin plates and cylindrical shells with a radially inhomogeneous inclusion. Selected Problems of Solid Mechanics and Solving Methods. Advanced Structured Materials. Cham: Springer, 2024. V. 204. Chapter 18. Pp. 249-264. https://doi.org/10.1007/978-3-031-54063-9_18 18. Hudramovich V. S., Sirenko V. N., Klimenko D. V., Daniev Yu. F., Hart E. L. Development of the normative framework methodology for justifying the residual resource of starting buildings' constructions of space launch vehicles. Strength of Materials. 2019. V. 51. No. 3. Pp. 333-340.https://doi.org/10.1007/s11223-019-00079-4 19. Kamalarajah R., Bull J. W., Chizari M. An investigation on circular cut-outs multilayer thin walled pipes. IAENG Transactions on Engineering Sciences. 2018. Pp. 1-13.https://doi.org/10.1142/9789813230774_0001 20. Kumar R. V., Ramamurthy G., Rao K., Lakshminarayana H. An improved finite element model to study stress concentration around an elliptical cutout in pressure vessel: Validation : Part-I. J. Aerospace Sciences and Technologies. 2007. V. 59. No. 3. Pp. 196-207.https://doi.org/10.61653/joast.v59i3.2007.711 21. Lekkerkerker J. G. Stress concentration around circular holes in cylindrical shells. AIAA J. 1964. V. 10. Pp. 1466-1472. 22. Lurie A. I. Theory of Elasticity. Foundations of Engineering Mechanics. Berlin, Heidelberg: Springer, 2005. 1050 pр. https://doi.org/10.1007/978-3-540-26455-2 23. Lyashenko B. A., Soroka E., Rutkovskii A. V., Lipinskaya N. V. Determination of discrete-structure parameters of coatings with allowance for residual stresses. Strength of Materials. 2002. V. 34. No. 4. Pp. 402-406. https://doi.org/10.1023/A:1020344724002 24. Murthy M. V. V., Rao K. P., Rao A. K. On the stress problem of large elliptical cutouts and cracks in circular cylindrical shells. Int. J. Solids Struct. 1974. V. 10. No. 11. Pp. 1243-1269.https://doi.org/10.1016/0020-7683(74)90071-7 25. Nguyen D. H., Wang H. Multi-scale analyses of three dimensional woven composite 3d shell with a cut out circle. Appl. Compos. Mater. 2019. V. 26. Pp. 339-356.https://doi.org/10.1007/s10443-018-9695-z 26. Oterkus E., Madenci E., Nemeth M. P. Stress analysis of composite cylindrical shells with an elliptical cutout. J. Mech. Mater. Struct. 2007. V. 2. No. 4. Pp. 695-727. https://doi.org/10.2140/jomms.2007.2.695 27. Pierce D. N., Chou S. I. Stresses around elliptic holes in circular cylindrical shells. Exp. Mech. 1973. V. 13. Pp. 487-492. https://doi.org/10.1007/BF02322735 28. Pilkey W. D., Pilkey D. F., Bi Z. Peterson's Stress Concentration Factors. Wiley, 2020. 640 рp.https://doi.org/10.1002/9781119532552 29. Russo A, Sellitto A, Saputo S, Acanfora V, Riccio A. A numerical-analytical approach for the preliminary design of thin-walled cylindrical shell structures with elliptical cut-outs. Aerospace. 2019. V. 6. No. 5. Pp. 1-15. https://doi.org/10.3390/aerospace6050052 30. Shariati M., Rokhi M. M. Buckling of steel cylindrical shells with an elliptical cutout. Steel Struct. 2010. V. 10. No. 2. Pp. 193-205. https://doi.org/10.1007/BF03215830 31. Sharma D. S. Stress distribution around polygonal holes. International Journal of Mechanical Sciences. 2012. Vol. 65. No. 1. Pp. 115-124. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2012.09.009 32. Tennyson R. C. The effects of unreinforced circular cutouts on the buckling of circular cylindrical shells under axial compression. J. Eng. Ind. 1968. V. 90. No. 4. Pp. 541-546.https://doi.org/10.1115/1.3604686 33. Van Tooren M. J. L., Van Stijn I. P. M., Beukers A. Curvature effects on the stress distribution in sandwich cylinders with a circular cut-out. Compos. Part A: Applied Science and Manufacturing. 2002. V. 33. No. 11. Pp. 1557-1572. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(02)00116-1 34. Washizu K. Variational Methods in Elasticity and Plasticity. Oxford, New York: Pergamon Press, 1975. 420 рp. 35. Yazici M., Ozcan R., Ulku S., Okur I. Buckling of composite plates with U-shaped cutouts. J. Compos. Mater. 2003. V. 37. No. 24. Pp. 2179-2195. https://doi.org/10.1177/002199803038109 36. Zienkiewicz O. C., Teylor R. L. The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics. New York: Elsevier, 2005. 632 рp. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.04.052 Тонкостінні пластинчато-оболонкові елементи конструкцій знаходять широку сферу застосування у багатьох галузях техніки і народного господарства, зокрема в аерокосмічній, нафтогазовій промисловості, енергетиці, машинобудуванні, будівництві тощо. Цілісність і однорідність конструкцій може порушуватися через наявність неоднорідностей. Такі конструкції часто мають різноманітні технологічні дефекти або конструктивні неоднорідності: отвори, вирізи, виточки, включення, мікротріщини та інші подібні утворення, які є локальними концентраторами напружень. У реальних умовах експлуатації підвищена концентрація напружень у зонах локальних концентраторів значно впливає на міцність і довговічність конструктивних елементів, що робить задачу пошуку шляхів зменшення концентрації напружень однією з ключових проблем механіки деформівного твердого тіла. При проєктуванні сучасної техніки пріоритетом стає оптимізація матеріаломісткості та підвищення ресурсу деталей із використанням новітніх матеріалів і технологій, що визначає їх конкурентоспроможність у різних галузях промисловості. У цьому дослідженні здійснено комп’ютерне моделювання та скінченноелементний аналіз напружено-деформованого стану тонкостінних циліндричних оболонок із наскрізним малим круговим отвором і симетрично розташованими навколо нього декількома еліптичними включеннями з іншого матеріалу. Для визначеності прийнято, що включення є однорідними та розташовані у площині оболонки. Проаналізовано вплив геометричних характеристик і механічних властивостей включень, їх кількості та способу розташування на параметри напружено-деформованого стану оболонок в околі отворів за дії одновісного рівномірного навантаження розтягу, прикладеного до торців оболонок. Одержано розподіл інтенсивностей напружень і деформацій в зонах локальної концентрації напружень. Виконано порівняльний аналіз отриманих числових результатів розрахунків із результатами для оболонок без включень та відомими аналогічними результатами для пластин. Дослідження показали, що використання «жорстких» еліптичних включень сприяє зниженню концентрації напружень на ~ (10 – 36) % в залежності від їх кількості та способу розташування. У випадку двох діагональних включень спостерігається механічний ефект зсуву локації зони концентрації напружень, що узгоджується з відповідними результатами для аналогічної задачі для пластини. ПОСИЛАННЯ 1. Авдонин А. С. Прикладные методы расчёта оболочек и тонкостенных конструкций. М.: Машиностроение, 1969. 402 с. 2. Балашова С. Д., Тавадзе Э. Л. О сходимости проекционно-итерационного метода решения экстремальной задачи с ограничениями. Математические модели и вычислительные методы в прикладных задачах. Днепропетровск: ДГУ, 1996. С. 128−134. 3. Гарт Е. Л., Рибалко Я. В. Взаємовплив кругового отвору і оточуючих його еліптичних включень при пружному деформуванні прямокутної пластини. Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій: зб. наук. праць. Дніпро: Ліра, 2019. Вип. 30. С. 5–18. 4. Гарт Е. Л., Шебанов О. Д. Вплив параметрів симетрично розташованих еліптичних включень на концентрацію напружень навколо кругового отвору в циліндричній оболонці. Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій: зб. наук. праць. Дніпро: Ліра, 2024. Вип. 38. С. 36–50. 5. Гудрамович В. С., Гарт Э. Л., Струнин К. А. Моделирование процесса деформирования пластины с упругими протяжёнными включениями на основе метода конечных элементов. Технічна механіка. 2014. № 2. С. 12–23. 6. Гузь А. Н., Чернышенко И. С. и др. Теория тонких оболочек, ослабленных отверстиями. К.: Наукова думка, 1980. 636 с. 7. Крайко А. Н. Численные методы расчета оболочек. М.: Машиностроение, 1986. 368 с. 8. Підстригач Я. С. Вибрані праці. К.: Наук. думка, 1995. 460 с. 9. Савин Г. Н. Распределение напряжений около отверстий. К.: Наукова думка, 1968. 888 с. 10. Штерн М. Б., Рудь В. Д. Механічні та комп’ютерні моделі консолідації гранульованих середовищ на основі порошків металів і кераміки при деформуванні та спіканні / Під ред. В. В. Скорохода. Луцьк: Луцьк. нац. техн. ун-т, 2010. 232 с. 11. Altenbach H., Altenbach J., Kissing W. Mechanics of Composite Structural Elements. Singapore: Springer, 2018. 503 p. https://doi.org/10.1007/978-981-10-8935-0 12. Bull J. W. Stress around large circular holes in uniform circular cylinders. J. Strain Anal. Eng. Des. 1982. Vol. 17, No. 1. P. 9–12. https://doi.org/10.1243/03093247V171009 13. Gudramovich V. S., Gart É. L., Strunin K. А. Modeling of the behavior of plane-deformable elastic media with elongated elliptic and rectangular inclusions. Materials Science. 2017. Vol. 52, No. 6. Р. 768–774. https://doi.org/10.1007/s11003-017-0020-z 14. Haque A., Ahmed L., Ramasetty A. Stress concentrations and notch sensitivity in woven ceramic matrix composites containing a circular hole – an experimental, analytical, and finite element study. J. Amer. Ceramic Soc. 2005. Vol. 88, No. 8. P. 2195–2201. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00404.x 15. Hart E. L., Hudramovich V. S. Projection-iterative modification of the method of local variations for problems with a quadratic functional. J. Appl. Math. Mech. 2016. Vol. 80, No. 2. P. 156–163. https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2016.06.005 16. Hart E. L., Hudramovich V. S. Computer simulation of the stress-strain state of plates with reinforced elongate rectangular holes of various orientations. Strength of materials and theory of structures: Scientific-and-technical collected articles. Kyiv: KNUBA, 2022. Issue 108. P. 77–86. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.108.77-86 17. Hudramovich V. S., Hart E. L., Terokhin B. I. Stress concentration around a circular hole in thin plates and cylindrical shells with a radially inhomogeneous inclusion. Selected Problems of Solid Mechanics and Solving Methods. Advanced Structured Materials: Collected work. Cham: Springer, 2024. Vol. 204, Chapter 18. P. 249–264. https://doi.org/10.1007/978-3-031-54063-9_18 18. Hudramovich V. S., Sirenko V. N., Klimenko D. V., Daniev Yu. F., Hart E. L. Development of the normative framework methodology for justifying the residual resource of starting buildings’ constructions of space launch vehicles.Strength of Materials. 2019. Vol. 51, No. 3. P. 333–340. https://doi.org/10.1007/s11223-019-00079-4 19. Kamalarajah R., Bull J. W., Chizari M. An investigation on circular cut-outs multilayer thin walled pipes. IAENG Transactions on Engineering Sciences. 2018. P. 1–13. https://doi.org/10.1142/9789813230774_0001 20. Kumar R. V., Ramamurthy G., Rao K., Lakshminarayana H. An improved finite element model to study stress concentration around an elliptical cutout in pressure vessel: Validation: Part-I. J. Aerospace Sciences and Technologies. 2007. Vol. 59, No. 3. P. 196–207. https://doi.org/10.61653/joast.v59i3.2007.711 21. Lekkerkerker J. G. Stress concentration around circular holes in cylindrical shells. AIAA J. 1964. Vol. 10. P. 1466–1472. 22. Lurie A. I. Theory of Elasticity. Foundations of Engineering Mechanics. Berlin, Heidelberg: Springer, 2005. 1050 р. https://doi.org/10.1007/978-3-540-26455-2 23. Lyashenko B.A., Soroka E., Rutkovskii A. V., Lipinskaya N. V. Determination of discrete-structure parameters of coatings with allowance for residual stresses. Strength of Materials. 2002. Vol. 34, No. 4. P. 402–406. https://doi.org/10.1023/A:1020344724002 24. Murthy M. V. V., Rao K. P., Rao A. K. On the stress problem of large elliptical cutouts and cracks in circular cylindrical shells. Int. J. Solids Struct. 1974. Vol. 10, No. 11. P. 1243–1269. https://doi.org/10.1016/0020-7683(74)90071-7 25. Nguyen D. H., Wang H. Multi-scale analyses of three dimensional woven composite 3d shell with a cut out circle. Appl. Compos. Mater. 2019. Vol. 26. P. 339–356. https://doi.org/10.1007/s10443-018-9695-z 26. Oterkus E., Madenci E., Nemeth M. P. Stress analysis of composite cylindrical shells with an elliptical cutout. J. Mech. Mater. Struct. 2007. Vol. 2, No. 4. P. 695–727. https://doi.org/10.2140/jomms.2007.2.695 27. Pierce D. N., Chou S. I. Stresses around elliptic holes in circular cylindrical shells. Exp. Mech. 1973. Vol. 13. P. 487–492. https://doi.org/10.1007/BF02322735 28. Pilkey W. D., Pilkey D. F., Bi Z. Peterson's Stress Concentration Factors. Wiley, 2020. 640 p. https://doi.org/10.1002/9781119532552 29. Russo A, Sellitto A, Saputo S, Acanfora V, Riccio A. A numerical-analytical approach for the preliminary design of thin-walled cylindrical shell structures with elliptical cut-outs. Aerospace. 2019. Vol. 6, No. 5. P. 1–15. https://doi.org/10.3390/aerospace6050052 30. Shariati M., Rokhi M..M. Buckling of steel cylindrical shells with an elliptical cutout. Steel Struct. 2010. Vol. 10. No. 2. P. 193–205. https://doi.org/10.1007/BF03215830 31. Sharma D. S. Stress distribution around polygonal holes. International Journal of Mechanical Sciences. 2012. Vol. 65, No. 1. P. 115–124. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2012.09.009 32. Tennyson R. C. The effects of unreinforced circular cutouts on the buckling of circular cylindrical shells under axial compression. J. Eng. Ind. 1968. Vol. 90, No. 4. P. 541–546. https://doi.org/10.1115/1.3604686 33. Van Tooren M. J. L., Van Stijn I. P. M., Beukers A. Curvature effects on the stress distribution in sandwich cylinders with a circular cut-out. Compos. Part A: Applied Science and Manufacturing. 2002. Vol. 33, No. 11. P. 1557–1572. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(02)00116-1 34. Washizu K. Variational Methods in Elasticity and Plasticity. Oxford, New York: Pergamon Press, 1975. 420 p. 35. Yazici M., Ozcan R., Ulku S., Okur I. Buckling of composite plates with U-shaped cutouts. J. Compos. Mater. 2003. Vol. 37, No. 24. P. 2179–2195. https://doi.org/10.1177/002199803038109 36. Zienkiewicz O. C., Teylor R. L. The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics. New York: Elsevier, 2005. 632 p. текст 3 2025-12-11 Article Article application/pdf https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/154 Technical Mechanics; No. 4 (2025): Technical Mechanics; 52-66 Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины; № 4 (2025): Technical Mechanics; 52-66 ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; № 4 (2025): ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; 52-66 uk https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/154/64 Copyright (c) 2025 Technical Mechanics |
| spellingShingle | тонкостінна циліндрична оболонка круговий отвір еліптичні включення напружено-деформований стан коефіцієнт концентрації напружень метод скінченних елементів комп’ютерне моделювання. HART, E. L. SHEBANOV, O. D. КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ СПОСОБУ РОЗТАШУВАННЯ ЕЛІПТИЧНИХ ВКЛЮЧЕНЬ НА ПРОЦЕС ДЕФОРМУВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ОБОЛОНКИ З КРУГОВИМ ОТВОРОМ |
| title | КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ СПОСОБУ РОЗТАШУВАННЯ ЕЛІПТИЧНИХ ВКЛЮЧЕНЬ НА ПРОЦЕС ДЕФОРМУВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ОБОЛОНКИ З КРУГОВИМ ОТВОРОМ |
| title_alt | COMPUTER SIMULATION OF THE EFFECT OF ELLIPTICAL INCLUSION ARRANGEMENT ON THE STRAINING OF A CYLINDRICAL SHELL WITH A CIRCULAR HOLE |
| title_full | КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ СПОСОБУ РОЗТАШУВАННЯ ЕЛІПТИЧНИХ ВКЛЮЧЕНЬ НА ПРОЦЕС ДЕФОРМУВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ОБОЛОНКИ З КРУГОВИМ ОТВОРОМ |
| title_fullStr | КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ СПОСОБУ РОЗТАШУВАННЯ ЕЛІПТИЧНИХ ВКЛЮЧЕНЬ НА ПРОЦЕС ДЕФОРМУВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ОБОЛОНКИ З КРУГОВИМ ОТВОРОМ |
| title_full_unstemmed | КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ СПОСОБУ РОЗТАШУВАННЯ ЕЛІПТИЧНИХ ВКЛЮЧЕНЬ НА ПРОЦЕС ДЕФОРМУВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ОБОЛОНКИ З КРУГОВИМ ОТВОРОМ |
| title_short | КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ СПОСОБУ РОЗТАШУВАННЯ ЕЛІПТИЧНИХ ВКЛЮЧЕНЬ НА ПРОЦЕС ДЕФОРМУВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ОБОЛОНКИ З КРУГОВИМ ОТВОРОМ |
| title_sort | комп’ютерне моделювання впливу способу розташування еліптичних включень на процес деформування циліндричної оболонки з круговим отвором |
| topic | тонкостінна циліндрична оболонка круговий отвір еліптичні включення напружено-деформований стан коефіцієнт концентрації напружень метод скінченних елементів комп’ютерне моделювання. |
| topic_facet | тонкостінна циліндрична оболонка круговий отвір еліптичні включення напружено-деформований стан коефіцієнт концентрації напружень метод скінченних елементів комп’ютерне моделювання. thin-walled cylindrical shell circular hole elliptical inclusions stress and strain fields stress concentration factor finite element method computer simulation. |
| url | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/154 |
| work_keys_str_mv | AT hartel computersimulationoftheeffectofellipticalinclusionarrangementonthestrainingofacylindricalshellwithacircularhole AT shebanovod computersimulationoftheeffectofellipticalinclusionarrangementonthestrainingofacylindricalshellwithacircularhole AT hartel kompûternemodelûvannâvplivusposoburoztašuvannâelíptičnihvklûčenʹnaprocesdeformuvannâcilíndričnoíobolonkizkrugovimotvorom AT shebanovod kompûternemodelûvannâvplivusposoburoztašuvannâelíptičnihvklûčenʹnaprocesdeformuvannâcilíndričnoíobolonkizkrugovimotvorom |