Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Карпов В. В., Бакусов П. А., Масленников А. М., Семенов А. А. Математические модели деформирования оболочечных конструкций и алгоритмы их исследования. Часть II. Алгоритмы исследования оболочечных конструкций // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2025. Т. 25, вып. 3. С. 345-365. DOI: 10.18500/1816-9791-2025-25-3-345-365, EDN: HRAHSM

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
29.08.2025
Полный текст:
(downloads: 737)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
539.3
EDN: 
HRAHSM

Математические модели деформирования оболочечных конструкций и алгоритмы их исследования. Часть II. Алгоритмы исследования оболочечных конструкций

Авторы: 
Карпов Владимир Васильевич, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Бакусов Павел Анатольевич, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Масленников Александр Матвеевич, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Семенов Алексей Александрович, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Аннотация: 

Математические модели деформирования тонких оболочек, описанные в первой части статьи, представляют собой или вариационную задачу о минимуме функционала энергии деформации оболочки, или краевую задачу для дифференциальных уравнений равновесий оболочки. И в том, и в другом случае задаются еще краевые условия исходя из вида закрепления контура оболочек. Для решения поставленных задач рассмотрены различные методы. Применяя метод Ритца к вариационной задаче о минимуме функционала энергии деформации оболочки или метода Бубнова – Галеркина к краевой задаче для дифференциальных уравнений равновесий оболочки, получаются системы алгебраических уравнений линейных или нелинейных. Применение метода конечных элементов (МКЭ) к решению задач теории оболочек также приводит к системам алгебраических уравнений, порядок которых может быть очень большим. Для решения линейных систем алгебраических уравнений может быть применен метод Гаусса, если порядок системы не превышает $10^3$. Если же порядок системы линейных алгебраических уравнений превышает $10^3$, то для решения таких систем применяют итерационные методы. Для решения нелинейных задач теории оболочек применяют методы продолжения решения по параметру. Если за параметр принимается нагрузка, то это будет метод последовательных нагружений В. В. Петрова, который позволяет свести решение нелинейных задач к последовательному решению линейных задач с изменяющимися на каждом этапе нагружения коэффициентами. Для решения нелинейных задач теории оболочек рассмотрен также метод итераций, когда нелинейные члены переносятся в правую часть и последовательно изменяются на каждом этапе итерации. Для решения нелинейных задач теории оболочек рассмотрен еще метод наискорейшего спуска. А. Л. Гольденвейзером разработан специальный метод — метод асимптотического интегрирования уравнений теории оболочек, который также описан в предлагаемой статье. Если уравнение равновесия оболочек содержит разрывные функции (единичные функции, дельта-функции), то Г. Н. Белосточным разработан специальный метод решения таких уравнений, который также описан в статье. Приводятся примеры применения описанных методов для решения конкретных задач теории оболочек.

Список источников: 
  1. Карпов В. В., Бакусов П. А., Масленников А. М., Семенов А. А. Математические модели деформирования оболочечных конструкций и алгоритмы их исследования. Часть I. Модели деформирования оболочечных конструкций // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2023. Т. 23, вып. 3. С. 370–410. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2023-23-3-370-410, EDN: YSOXDU
  2. Новожилов В. В. Теория тонких оболочек. Ленинград : Оборонгиз, 1941. 344 с.
  3. Лурье А. И. Исследования по теории упругих оболочек // Труды Ленинградского индустриального института. 1937. № 6, вып. 3. С. 37–52.
  4. Гольденвейзер А. Л. Уравнения теории оболочек // Прикладная математика и механика. 1940. Т. 4, вып. 2. С. 35–42.
  5. Муштари Х. М. Некоторые обобщения теории тонких оболочек с приложениями к решению задач устойчивости упругого равновесия // Прикладная математика и механика. 1939. Т. 2, вып. 4. С. 439–456. EDN: SSSPJY
  6. Власов В. З. Основные дифференциальные уравнения общей теории оболочек // Прикладная математика и механика. 1944. Т. 8, вып 2. С. 109–140.
  7. Баранова Д. А., Карпов В. В. Алгоритмы исследования устойчивости оболочек, основанные на методе наискорейшего спуска // Математическое моделирование и краевые задачи : тр. Седьмой Всерос. науч. конф. с междунар. участием (Самара, 3–6 июня 2010 г.) / отв ред. В. П. Радченко. Самара : Самарский гос. техн. ун-т, 2010. Т. 1. С. 47–50. EDN: UHDVLR
  8. Карпов В. В. Прочность и устойчивость подкрепленных оболочек вращения : в 2 ч. Ч. 2. Вычислительный эксперимент при статическом механическом воздействии. Москва : Физматлит, 2011. 248 с. EDN: UHSUFJ
  9. Григолюк Э. И., Шалашилин В. И. Проблемы нелинейного деформирования: Метод продолжения решения попараметру в нелинейных задачах механики твердого деформируемого тела. Москва : Наука, 1988. 232 с.
  10. Петров В. В. Метод последовательных нагружений в нелинейной теории пластинок и оболочек. Саратов : Изд-во Саратовского ун-та, 1975. 119 с.
  11. Карпов В. В., Петров В. В. Уточнение решений при использовании шаговых методов в теории гибких пластинок и оболочек // Известия Академии наук СССР. Механика твердого тела. 1975. № 5. С. 189–191. EDN: UIEKJN
  12. Андреев Л. В., Ободан Н. И., Лебедев А. Г. Устойчивость оболочек при неосесимметричной деформации. Москва : Наука, 1988. 208 с.
  13. Ильин В. П., Карпов В. В. Устойчивость ребристых оболочек при больших перемещениях. Ленинград : Стройиздат, 1986. 168 с. EDN: UGDTQF
  14. Шалашилин В. Н., Кузнецов Е. Б. Метод продолжения решения по параметру и наилучшая параметризация. Москва : Эдиториал УРСС, 1999. 224 с.
  15. Крысько В. А. Нелинейная статика и динамика неоднородных оболочек. Саратов : Изд-во Саратовского ун-та, 1976. 216 с.
  16. Масленников А. М., Попов Р. А. Расчет пологих складчатых оболочек из крупноразмерных плоских плит при помощи матрицы жесткости // Строительное проектирование промышленных предприятий. Информационный выпуск. 1968. № 3. С. 49–51.
  17. Белосточный Г. Н. Аналитические методы интегрирования дифференциальных уравнений термоупругости геометрически нерегулярных оболочек // Доклады Академии военных наук. Поволжское региональное отделение. 1999. № 1. С. 14–26.
  18. Белосточный Г. Н., Мыльцина О. А. Динамическая термоустойчивость геометрически нере гулярной пологой оболочки постоянного кручения в сверхзвуковом потоке газа // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2019. Т. 19, вып. 4. С. 397–408. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2019-19-4-397-408, EDN: DDFZPB
  19. Гольденвейзер А. Л. Теория тонких упругих оболочек. Москва : ГИТТЛ, 1953. 544 с.
  20. Бурмистров Е. Ф., Коссович Л. Ю., Маслов Н. М. Асимптотическое интегрирование уравнений термоупругости цилиндрической оболочки переменной толщины // Прикладная механика. 1976. Т. 12, № 10. С. 113–117.
  21. Коссович Л. Ю. Асимптотическое интегрирование нелинейных уравнений теории упругости для цилиндрической оболочки // Механика деформируемых сред. 1977. Вып. 3. С. 86–96. EDN: UTEFDN
  22. Вильде М. В., Коссович Л. Ю., Шевцова Ю. В. Асимптотическое интегрирование динамических уравнений теории упругости для случая многослойной тонкой оболочки // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2012. Т. 12, вып. 2. С. 56–64. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2012-12-2-56-64, EDN: OYJJIZ
Поступила в редакцию: 
16.01.2023
Принята к публикации: 
16.04.2023
Опубликована: 
29.08.2025