UNSTEADY DYNAMICS OF A CYLINDRICAL SHELL WITH A VISCOELASTIC FILLER UNDER THE ACTION OF A MOVING LOAD

Authors

DOI:

https://doi.org/10.32782/mathematical-modelling/2024-7-1-7

Keywords:

non-stationary dynamics, cylindrical shell, viscoelastic filler

Abstract

In the course of the study, the problems of the action of moving loads on cylindrical shells filled or surrounded by an elastic medium were considered, and a refined approach to solving such problems for three-layer shells, when the movement of the filler is described by the dynamic equations of the theory of elasticity, was analyzed in detail. The main emphasis was placed on the application of the principle of correspondence between elastic and viscoelastic problems. This principle consists of replacing the Lame coefficients in the equations for displacements and stresses of points of the medium in image space with complex values. The final solution is found by applying the inverse Fourier and Laplace transform. It is shown that this principle allows one to generalize previously considered problems of this class in the case of viscoelastic media. If it is used for unsteady problems, the mechanical properties of a viscoelastic material can be specified in a fairly general form. The proposed approach is applied to solving the problem of the action of a moving load on an infinitely long cylindrical shell containing a viscoelastic filler, the inner surface of which is stress-free. Numerical results were obtained for the problem of the motion of an axisymmetric normal load. As a result of the damping properties of the viscoelastic filler, the resulting unsteady solution is unique at any load speed. The inversion integrals are special and their values are found using a special algorithm containing the joint application of the Failon method and the shifted Legendre polynomials. The distribution of dimensionless deflections along the length of the shell is given for different loading speeds. It has been determined that taking into account the viscoelastic properties of the filler allows us to consider all modes of load movement equally from the point of view of calculating the inversion integrals. The results of the study can be used for the calculation and design of cylindrical shells with viscoelastic filler used in aircraft and mechanical engineering, construction and other industries.

References

Foroutan K., Dai L. Nonlinear dynamic response and vibration of spiral stiffened FG toroidal shell segments with variable thickness. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2023, vol.30, pp. 3184–3203. https://doi.org/10.1080/15376494.2022. 2070803

Safarov I.I., Teshaev M.K., Marasulov A.M., Nuriddinov B.Z. Propagation of own nonaxisymmetric waves in viscoelastic three-layered cylindrical shells. Engineering journal. 2021, vol. 25(7), pp. 97–107.

Safarov I., Теshaev M., Marasulov A., Jurayev T., Raxmonov B. Vibrations of cylindrical shell structures filled with layered viscoelastic material. E3S Web of Conferences. 2021, vol. 264, pp. 451–461. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126401027

Khalfi B., Nasraoui M., Chakhari J., Ross A., Chafra M. Dynamic behavior of cylindrical shell with partial constrained viscoelastic layer damping under an impact load. Acta Mechanica. 2023, № 5, pp. 2125–2143. https:://doi.org/10.1007/s00707-023-03481-x

Воропай О., Поваляєв С., Шарапата А. Дві обернені нестаціонарні задачі осесиметричного деформування пружної циліндричної оболонки скінченної довжини. Автомобільний транспорт. Вип. 51. C. 74–84. https://doi.org/10.30977/AT.2219-8342.2022.51.0.08

Пожуев А.В., Фасоляк А.В. Нестаціонарна невісесиметрична деформація циліндричної оболонки у пружному просторі під дією рухомих поверхневих навантажень. Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2015. № 2. С. 108–114.

Манжос О.Д., Пожуєв А.В., Міхайлуца О.М. Нестаціонарна реакція циліндричної оболонки з пружним шаром на дію рухомого радіального навантаження. Технічні науки та технології. 2023. № 2(32). C. 107–116.

Мартиненко В.Г., Львов Г.І. Огляд методів розв’язання контактних задач в’язкопружних композиційних оболонок. Динаміка і міцність машин. Вісник НТУ «ХПІ». 2017. № 39. С. 32–48.

Бабич С.Ю., Глухов Ю.П., Лазар В.Ф. Динамiчнi процеси в тiлах (матерiалах) із початковими напруженнями. Ч. 2. Плоскi динамiчнi контактнi задачi для пiвплощини з початковими напруженнями. Науковий вісник Ужгородського університету. Серія «Математика і Інформатика». 2021. Вип. 38. № 1. С. 114–122.

Пожуєв А.В., Міхайлуца О.М. Нестаціонарна реакція тришарової циліндричної оболонки, яка занурена у рідину. Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2018. № 1. С. 119–123.

Qin D., Zou Q., Zhong X., Zhang B., Li Z. Effects of medium viscoelasticity on bubble collapse strength of interacting polydisperse bubbles. Ultrasonics Sonochemistry. 2023. Vol. 95. P. 365–372. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106375

Published

2024-08-02