Виды оболочек

Среди бесконечного многообразия геометрических форм особо выделяют оболочки вращения — цилиндрические, сферические, конические, торообразные и т. д., которые вследствие ряда неоспоримых преимуществ наи­более часто используются в конструктивных решениях. Подобные поверхности получают путем вращения кривых (такие порождающие кривые называются образующими)' вокруг прямолинейной оси. Например, в результате вра­щения окружности вокруг оси, проходящей через её центр, получается сфера, а при расположении оси вне круга — тор. Если вращать прямую вокруг оси, то в ре­зультате получается цилиндр или конус.

Оболочку вращения можно рассечь плоскостями, про­ходящими через ее ось и перпендикулярно к ней, Кри­вые на поверхности, являющиеся следом пересечения оболочки с плоскостями, проходящими через ось вращения, называются меридианами. Плоскости, перпендикулярные к оси оболочки, пересекают поверхность враще­ния по параллельным кругам.

Паровой котел, корпус ракеты, трубопроводы, гигант­ские нефте- и газохранилища — вот только некоторые примеры использования оболочек вращения.

На современном этапе развития техники с помощью оболочек как структурных элементов конструкций ре­шается комплекс самых разнообразных задач. Среди многочисленных функций, выполняемых оболочками, на­пример в машинах и сооружениях, в первую очередь сле­дует назвать силовые функции и функции разделения.

Как силовые конструкции оболочки получили широ­кое распространение, захватив монополию в некоторых областях техники. Об этом в основном и пойдет речь ниже. Весьма разнообразны решения, в которых оболоч­ки используются как элементы ограждения, разделения. Ну и, конечно же, трудно переоценить роль оболочек как емкостей для хранения и транспортировки самых разнообразных продуктов. Оболочки имеют большие преимущества как изолирующие элементы, воспринимающие поверхностные и краевые нагрузки. Например, больше­пролетный купол можно выполнить в виде мощного стержневого каркаса, обшитого снаружи плитами-ячей­ками. Такая конструкция имеет большую массу, сложна в изготовлении, однако неизбежная многоэлементность несущей пространственной рамы фактически будет по­пыткой смоделировать, повторить средствами стержне­вой схемы свойства все той же оболочки.

Оболочечные элементы являются гибким инструмен­том в руках архитекторов, позволяющим им добиваться эстетической выразительности строительных сооружений. Эффективно использование оболочек для создания аэродинамического совершенства обтекаемых объектов, при­дания им декоративных форм. Широко используются тонкостенные гибкие оболочки в точном приборостроении в качестве чувствительных элементов различного рода регуляторов и датчиков. Появились у оболочек и новые профессии. Их все чаще используют, например, как грузоподъемные и движущие устройства. Говоря о функ­циях оболочек, нельзя не назвать усиленно разрабаты­ваемые в последнее время конструкции, обладающие заданными свойствами по отношению к окружающей среде: полупроницаемые мембраны, самоподстраиваю­щиеся оболочки.

В подавляющем большинстве случаев четкого разде­ления функций, выполняемых оболочкой, дать нельзя. Оболочки — структуры с явно выраженными тенденция­ми к совмещению функций конструкций, и это их луч­шая аттестация.

И все же среди самых разнообразных свойств еле-; дует в первую очередь назвать прочность оболочек, без которой невозможно их существование. Как рождается это уникальное свойство и как оно проявляется в конкретных построениях? Именно с этого мы начнем зна­комство с особенностями оболочечных структур.