Напряженное состояние витой части оболочки исследовалось методом сквозного просвечивания слоев. Так как аг = 0 вдали от сварного шва, то по результатам сквозного просвечивания слоев получаем окружные напряжения сте. На рис. 6 даны графики рас­пределения окружных напряжений по слоям модели на расстоянии s = l,3 см от сварного шва. Здесь же пунктирной линией показаны

рг.

результаты расчета окружных напряжении сгн = —— (т — средин­ный радиус однослойной оболочки).

Результаты оптических замеров разности сте — стг в радиальных срезах модели дают, в конечном счете, распределения окружных напряжений ае, осредненные по толщине слоя, вследствие малости радиальных напряжений ог (на внутреннем слое аГ = 0,012 МПа),

Рис. 6. Графики распределения окружных напряжений а0 в слоях модели на расстоянии z = 1,3 см от шва.

и с точностью до эксперимента совпадают с величинами окружных напряжений сте, полученными сквозным просвечиванием слоев.

На расстоянии, равном двухкратной ширине сварного шва, воз­никают осевые напряжения ст2, достигшие 20 % от величины окруж­ных напряжений сте.

Сравним результаты исследований напряженного состояния ви­тых оболочек с различными типами закрепления торцов. На рис. 7 представлены величины окружных напряжений вдоль радиуса по слоям, замеренные в экваториальной плоскости и осредненные по тол­щине слоя. Пунктирной линией показаны результаты расчета ок-

Рис. 7. Графики распределе­ния окружных напряжений ст0 в трехслойной (а), пятислой­ной со свободными торцами (б) и пятислойной с «заварен­ными» торцами (в).

ружных напряжений по формулам Ляме для цельной оболочки со сплошной стенкой, равной суммарной толщине слоев соответствую­щей оболочки.

Как видно, из приведенных графиков напряженного состояния, в многослойных оболочках со свободными торцами (рис. 7, а, б) внутренние слои менее напряжены, чем внешние. Работа пятислой­ной конструкции с «заваренными» торцами (рис. 7, в) носит другой характер, это связано с тем, что «заваренные» торцы препятствуют проскальзыванию (перемещению) слоев относительно друг друга, вследствие чего происходит перераспределение напряжений по слоям. Напряженное состояние всех слоев более равномерное и зависит от технологических особенностей изготовления оболочки, а также от дефектов полосы, из которой навивается оболочка, в частности, от волнистости поверхности ленты.

В результате проведенных исследований можно сделать следую­щие выводы.

1. Впервые разработана методика создания и исследования на­пряженного состояния поляризационно-оптическим методом много­слойных рулонированных моделей оболочек типа «Архимедова спи­раль» с использованием материала ЭПСА.

2. Данные исследования однослойных витых оболочек, изготовлен­ных из материала ЭПСА, показали совпадение экспериментальных результатов с расчетными, проведенными по теории тонких оболочек. Резкие изменения напряженного состояния наблюдаются в области продольного сварного шва (места склейки слоев модели внахлест), носят локальный характер и зависят от угла раствора нахлеста.

3. Фотоупругий анализ трех - и пятислойной моделей оболочек показал, что при свободном натяге навивки происходит проскаль­зывание слоев относительно друг друга, в результате чего слои обо­лочки напряжены неравномерно. Величина окружных напряжений внутреннего (первого) слоя на 40—70 % выше величины окружных напряжений срединных и внешнего слоя.

4. Исследовано напряженное состояние сварной конструкции в виде сосуда, состоящего из двух оболочек — цельной и витой, навитой из пяти слоев. Изучено влияние сварного шва на основное напряженное состояние модели оболочки. Показано, что в зоне свар-
ного шва возникают осевые напряжения сг2, достигающие 20 % ве­личины окружных напряжений ста как для сплошной, так и для ви­той части конструкции. На удалении, равном пятикратной толщине сварного шва, az резко падают, что подтверждает сделанные предпо­ложения относительно равности нулю осевых напряжений а2, при реализации разработанного способа нагружения, вдали от сварного шва.

5. Проведено сравнение характера работы пятислойной витой оболочки со свободными торцами с пятислойной рулонированной обечайкой, у которой «заварены» торцы.

В модели пятислоя со свободными торцами из-за проскальзывания слоев друг относительно друга, напряжения внутреннего и внешнего слоя значительно превышают напряжения во внутренних слоях.

В пятислойной сварной конструкции характер распределения напряжений определяется прежде всего наличием сварных швов по торцам, препятствующих свободному проскальзыванию слоев. На­пряженное состояние во всех слоях более равномерное и зависит от технологических особенностей изготовления оболочки, а также от дефектов полосы, из которой навивается оболочка, в частности, от волнистости поверхности ленты.