薄宽带钢任意位置局部浪形屈曲变形行为分析

针对薄宽带钢生产过程中出现的任意位置局部型瓢曲浪形缺陷,考虑平直段边界弹性约束作用及其所储存的应变能,应用能量变分法建立了任意位置局部非均匀载荷作用下屈曲变形的解析计算模型,获得了屈曲临界载荷的表达式,并基于驻值势能原理对屈曲变形区域进行搜索求解,得到了临界条件。应用ABAQUS有限元对任意位置局部浪形进行仿真计算,获得了屈曲模态及临界条件,验证了屈曲解析计算模型的准确性。在此基础上,分析了屈曲临界条件与弹性约束系数、屈曲区域中心距带钢自由边垂直距离、非均匀载荷半宽以及平均张应力之间的关系,并指出带钢不产生屈曲区域超出带钢板宽的任意位置局部浪形时,相同初始条件下任意位置的局部浪形屈曲临界条件计算结果都相同。     

具有初始翘曲缺陷冷轧薄带钢板形瓢曲变形行为研究

针对薄带钢冷轧生产过程中出现的翘曲复合瓢曲板形缺陷,应用扁壳理论和伽辽金虚位移原理,建立了非均匀载荷作用下屈曲变形解析计算模型,求解获得了具有初始翘曲缺陷的带钢再发生瓢曲变形的屈曲临界载荷和临界波长,讨论分析了初始翘曲对瓢曲变形的影响规律。计算结果表明,随着带钢翘曲程度的增大,瓢曲变形的屈曲临界载荷增大,即越难出现瓢曲缺陷;当翘曲为C翘缺陷时,中浪型瓢曲的屈曲临界波长随翘曲值的增大而增大,边浪型瓢曲的屈曲波长则随翘曲值的增大而减小;当翘曲为L翘和四角翘时,中浪和边浪型瓢曲的临界波长随着翘曲值的增大而减小。在实验轧机上进行轧制实验研究,通过设计工况在铝板轧制中获得了翘曲复合瓢曲的板形缺陷模态,验证了解析计算方法的正确性。同时,运用ANSYS有限元法对实验轧制工况进行仿真分析,获得了与实验结果基本一致的翘曲复合瓢曲的板形缺陷模态,和与解析计算结果吻合良好的屈曲临界条件,进一步证明了解析计算结果的准确性。     

正交各向异性带钢瓢曲变形行为样条有限元研究

带钢在轧制过程由于晶粒的择优取向而产生各向异性,为了研究这种各向异性对带钢板形瓢曲行为的影响规律,针对生产中常见的板形瓢曲缺陷,根据正交各向异性薄板小挠度理论和屈曲问题的驻值势能原理,建立了带钢在纵向延伸塑性应变(初应变)作用下以样条函数为基础的前屈曲样条有限元计算模型,获得了屈曲临界塑性应变、临界波长与带钢各向异性程度的关系;根据大挠度理论和虚功原理,应用样条有限元获得了正交各向异性带钢后屈曲路径。计算分析了带钢正交各向异性程度对中浪、边浪、四分之一浪、边中复合浪屈曲变形前屈曲临界条件及后屈曲变形过程的影响规律。     

刚性基底上弹性约束矩形板的屈曲行为分析

对刚性基底上非加载边弹性约束矩形板在固支边均匀面内压力作用下的屈曲行为进行了分析研究。用里兹能量变分法建立确定板屈曲强度的本征值问题,利用满足边界条件的屈曲位移函数导出板屈曲系数计算公式。将该方法用于矩形钢管混凝土钢板局部屈曲的分析和计算,提出了目标板边界约束系数计算公式。试验结果表明,方形钢管混凝土柱钢板局部屈曲强度计算值与试验值吻合良好,钢板边界弹性约束的处理和约束系数的计算方法是有效的。     

径-轴向辗环机轴向轧制机构结构分析

采用三维造型软件SolidWorks建立了某型号径-轴向辗环机轴向轧制机构的实体模型。以有限元软件ANSYS为分析平台,通过合理处理接触、约束和载荷等边界条件,建立了有限元分析模型,对轴向轧制机构进行了三维弹性接触分析,得到了轴向轧制机构及主要部件的等效应力、位移变形、等效应变。对变形角进行了定义,提出了求解变形角的方法。计算结果表明,变形角为0.041°时,各部件的最大等效应力均小于屈服极限,轴向轧制机构刚度符合设计要求,各部件满足强度要求。     

弹性支承上边界转动约束矩形板屈曲分析

随着工程结构的轻型化、薄壁化,薄板结构稳定问题越来越受到重视,针对不同条件下薄板屈曲问题开展了大量研究。弹性支承上的薄板屈曲、边界弹性转动约束的薄板屈曲和刚性支承上边界转动约束的薄板屈曲问题已有相关文献,关于非加载边弹性转动约束、弹性支承上薄板屈曲问题的研究尚不充分。该文研究了非加载边弹性转动约束、均匀受压弹性支承矩形薄板弹性屈曲问题。由Ritz能量变分法得到了临界载荷计算公式,应用有限元分析证实了理论解的适用性。得到了屈曲半波数与板的纵横比、边界转动约束系数及支承刚度之间的关系式,支承刚度增加使屈曲半波数和屈曲系数增大。     

预紧力作用下的薄壁结构屈曲稳定性分析

本文以某弹性加载系统中的薄壁结构为分析对象,通过理论分析及有限元仿真相结合的方式计算薄壁结构受压状态下的屈曲失稳临界载荷,有限元仿真结果与理论解析计算基本一致。在屈曲分析的基础上计算薄壁结构两侧的最小预紧力,通过有限元仿真进一步验证了预紧力对屈曲稳定性的影响。仿真结果表明,预紧后的薄壁结构承载能力明显提高,证明了预紧方案及最小预紧力计算方法的正确性,屈曲分析计算及预紧方案在工程应用上具有实用性及借鉴意义。     

基于弹性基础梁理论的复合材料薄壁圆柱壳屈曲承载力模型

提出一种复合材料薄壁圆柱壳轴压局部屈曲承载力计算模型。在梁弯曲变形平截面假定和小变形假定的基础上,提出复合材料层合梁抗弯刚度的计算方法;根据轴压下圆柱壳的几何对称性及受力对称性,将圆柱壳局部屈曲问题转化为轴向和环向壳带的弯曲变形问题。依据薄壳稳定理论,建立弹性基础上纵向壳带局部屈曲模型,得到了复合材料圆柱壳屈曲承载力解析公式。理论计算公式与经验工程计算公式相比,具有形式上的相似性,且得到的计算系数可直接求出,而非经验范围选取。对三种铺层的复合材料薄壁圆柱壳进行了轴压试验,结合文献试验数据对比,试验结果与理论预测值基本一致,满足工程精度要求,验证了模型的正确性。     

带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能

假定方形钢管混凝土构件的钢管板件在非载荷边受到弹性约束,应用能量法对钢管局部屈曲强度计算公式进行了推导;并利用已有试验结果对计算公式的正确性进行了验证。在此基础上利用该公式对约束拉杆方形钢管混凝土构件在轴压下的屈曲性能进行分析,分析表明约束拉杆能有效提高构件钢管屈曲系数,从而提高钢管壁抵抗局部屈曲的能力。最后,给出了约束拉杆纵向间距的合理设置值以及带约束拉杆方形钢管混凝土轴压构件的钢管宽厚比限值。     

面外支撑非均匀布置的 箱型与圆管截面拱平面外弹性屈曲

在面外设置离散支撑,是建筑与桥梁工程设计中提高钢拱面外稳定性采用的有效措施。该文研究了面外支撑沿拱轴线非均匀布置时,箱型与圆管截面两铰拱的平面外弹性屈曲性能。该文首先将拱段间的相互约束作用等效为拱段两端的约束弹簧,采用数值拟合法获得了被约束拱段的平面外弹性屈曲荷载;此后借鉴压弯直构件端部弯矩与转角关系,提出了支撑间拱段的相互约束作用计算方法,并由此得到了面外支撑非均匀布置时,钢拱的平面外弹性屈曲荷载迭代计算步骤。根据该文提出的方法所获得的离散支撑钢拱的平面外弹性屈曲荷载与有限元计算结果吻合较好。     

波纹腹板H型钢梁受压翼缘局部稳定研究

根据波纹腹板梁翼缘局部失稳的特性提出波纹腹板H型钢梁翼缘局部失稳的理论计算模型,指出波纹腹板梁翼缘失稳相当于两加载边简支,一非加载边弹性转动约束的弹性板。由理论推导得到了翼缘局部弹性屈曲应力计算公式,利用有限元分析验证了该理论模型的有效性。同时探讨了受拉翼缘、梁的长度以及腹板参数变化对受压翼缘局部失稳的影响,最后根据有限元计算结果给出了可供工程设计参考的翼缘宽厚比限值计算公式。     

正交各向异性板剪切屈曲载荷的近似表达式研究

利用Rayleigh-Ritz法和通用有限元程序ANSYS分析了纵向边被转动弹簧或扭转加劲肋约束的正交各向异性长板的临界屈曲问题, 引入无量纲正交各向异性参数、约束系数和临界屈曲系数, 利用曲线拟合技术, 得到了这两类约束板在均匀剪力作用下的临界屈曲载荷近似解公式;利用临界纵横比, 把求得的针对转动弹簧约束的临界屈曲解应用到扭转加劲肋约束板的临界屈曲解中, 同样得到了扭转加劲肋约束板的临界屈曲载荷。将求得的近似表达式与有限元ANSYS数值解以及文献中的结果进行对比, 结果吻合良好。     

表观平直带钢裁切加工后翘曲变形行为研究

表观平直但内部具有"潜"板形缺陷的成品带钢,经裁切加工分条后必发生形式多样的翘曲变形。为了研究这类翘曲变形的产生机理和变形规律,根据薄板大挠度弯曲理论和最小势能原理,建立了以样条函数为基础的非线性屈曲样条有限元计算模型和求解方法,对具有低于临界值的中浪、边浪、四分之一浪和边中复合浪形式残余塑性应变的"潜"板形缺陷带钢,裁切加工后的翘曲变形进行了仿真分析。仿真结果认为,带钢轧后残余纵向塑性应变沿宽度方向的不均匀分布引起裁切后小尺寸钢板整体屈曲变形是裁切加工后翘曲的根本原因;翘曲高度由带钢裁切加工后切条纵向塑性应变差决定,塑性应变差越大,翘曲值越大;对于等份切分,每一种塑性应变形式对应一个临界切分条数,当切分条数大于临界切分条数,切条都会保持平直。     

驶入式钢货架立柱计算长度系数分析

驶入式货架立柱在垂直货物通道方向上的计算长度系数受多种因素影响。首先,对于上端受水平位移约束而下端受扭转约束的单柱模型,推导了弹性屈曲荷载计算公式。计算结果表明,当模型中约束刚度较小时,约束刚度的变化对立柱计算长度系数产生明显影响。此后,采用有限元分析方法分析了单列立柱模型的弹性屈曲荷载,得到立柱的计算长度系数。柱列模型中的牛腿梁和荷载分布不均现象均可以提高模型的弹性屈曲荷载。基于数值计算结果,得到了立柱计算长度系数的简化计算公式。若已知立柱柱脚转动刚度和支撑体系侧向刚度,可由此公式计算立柱的计算长度系数。     

大跨径钢-混组合梁桥主梁负弯矩区腹板弯-剪弹性屈曲分析

考虑翼缘弹性转动约束的腹板在弯、剪应力单独作用下的临界屈曲应力表达式可通过里兹能量法进行推导,然而在运用里兹能量法求解弹性转动约束边界下弯、剪复合作用的腹板临界屈曲应力时,会出现难以求解的复杂偏微分式。为掌握边界弹性转动约束的组合梁腹板在弯、剪复合作用下的屈曲特性,该文建立了考虑翼缘弹性转动约束的腹板有限元模型,分析腹板上、下边界弹性转动约束系数χ、弯剪应力比η、弯曲荷载应力梯度λ、宽高比γ 等参数对腹板弯、剪复合屈曲的影响。根据有限元计算结果重新拟合弹性转动约束的弯、剪复合屈曲修正方程,与一个钢-混组合梁负弯矩区腹板屈曲试验结果比较,试验结果与修正曲线误差为2.5%。     

纵向变厚度(LP)矩形钢板弹性屈曲系数的理论分析

纵向变厚度(LP)钢板因适应现代化建筑超高层及大跨度的发展使用需求,将广泛应用于工程结构中。因LP钢板几何形状的特殊性,其局部屈曲变形更容易发生在靠近薄端的位置,并且钢板局部稳定性能与相同受力状态下的等厚度钢板差异较大,需要进行深入研究。基于能量原理,采用Galerkin和Rayleigh-Ritz法(GRM),对单向均匀受压荷载作用下四种不同边界条件下的矩形LP钢板的弹性屈曲系数的计算公式进行了理论推导,并采用ANSYS有限元软件验证了公式的正确性。最后得到了不同厚度放大系数下,四种边界条件下的矩形钢板的弹性屈曲系数与钢板长宽比的关系曲线图,进一步为LP钢板的工程应用提供理论指导和设计依据。     

冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲承载力计算方法研究

基于能量法对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面的弹性畸变屈曲应力进行了推导分析,得到相应畸变屈曲半波长、畸变屈曲应力以及稳定系数计算公式。通过与有限条法进行对比分析,表明推导出的畸变屈曲应力计算方法具有较高的精度和较好的适用性。在此基础上,建立了冷弯薄壁型钢卷边槽形截面部分加劲板件弹性局部和畸变屈曲稳定系数的统一计算公式。最后通过算例分析,验证了该文提出方法的合理性和适用性,相对于中国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》能够更加准确的计算部分加劲板件的屈曲稳定系数及卷边槽形截面构件的稳定承 载力。     

竖向闭口加劲钢板剪力墙在非均匀压力下的弹性稳定性研究

对非均匀压应力作用下设置多道竖向闭口加劲肋的钢板剪力墙进行了有限元弹性屈曲分析,得到了屈曲临界应力随加劲肋加劲系数变化的曲线,以及各情况下的门槛刚度值。加劲肋门槛刚度随偏压系数增大而减小,随加劲肋数目增多而增大,随小区格宽高比增大而减小,随加劲肋扭弯比增大而减小。提出了竖向闭口加劲钢板剪力墙弹性屈曲加劲肋门槛刚度的近似计算公式,公式计算结果偏于安全。     

PET瓶基于ABAQUS的轴压分析

通过试验和数值分析研究吹制PET瓶受轴向压缩载荷时的屈曲变形行为。基于ABAQUS有限元方法进行显式非线性动态分析,计算PET瓶轴压下的屈曲载荷,并分析其应力分布。用数值计算结果与实验结果进行对比分析,发现PET瓶屈曲载荷的数值解和实验结果基本吻合,为新型瓶的优化设计和屈曲载荷测试提供了一种便捷有效的解决方法。     

屈曲约束钢板剪力墙边框刚度影响研究

为了考察边框刚度对屈曲约束钢板剪力墙抗震性能的影响,该文将带边框普通钢板剪力墙和屈曲约束钢板剪力墙作为研究对象,采用ABAQUS非线性有限元分析软件,计算边框刚度对构件受力性能的影响。计算结果表明,在水平往复荷载作用下,带边框屈曲约束钢板剪力墙的滞回曲线饱满,等效粘滞阻尼系数较大,边框柱与边框梁对侧向刚度、承载力与塑性耗能均有一定贡献。在1/50层间位移角时,屈曲约束钢板剪力墙边框柱与边框梁的内凹变形均很小,Mises应力均小于普通钢板剪力墙的边缘构件,损伤程度显著降低,说明对边框柱与边框梁抗弯刚度的要求可以显著低于普通钢板剪力墙。屈曲约束钢板墙内嵌钢板的拉力带分布均匀、细密,最大面外变形与损伤程度均小于普通钢板剪力墙。螺栓对盖板面外变形有很大的约束作用,当螺栓间距较小时,混凝土盖板与钢筋的Mises应力显著减小。现行技术标准中对非加劲钢板剪力墙边框刚度的规定,不能很好地适用于屈曲约束钢板剪力墙。