基于有限元法的抛物线拱稳定性及动力学分析

应用大挠度弹塑性有限单元法对承受竖向均布荷载和跨中集中荷载的抛物线拱结构平面外稳定承载力进行研究。使用弧长法对抛物线拱结构的平面外屈曲荷载—位移平衡路线进行全过程跟踪研究。应用动力学有限元方法分析抛物线空间拱结构的瞬态动力学问题,使用完全法对时程位移曲线进行全过程跟踪研究。荷载分析工作为抛物线拱结构的稳定性分析和瞬态动力学分析提供了一种有效的思路,其结果为抛物线拱结构失稳问题的研究提供了重要的依据。     

内压标准椭圆封头弹塑性屈曲分析及失效载荷研究

采用有限元弹塑性屈曲分析,考虑椭圆封头的最大形状偏差并在过渡区施加局部厚度减薄缺陷,针对不同材料和厚径比δ_e/D_i,较为系统地讨论了内压标准椭圆封头结构屈曲载荷P_(cr)与极限载荷P_L的变化规律。研究结果表明,厚径比小于某临界值时,屈曲载荷低于极限载荷,分析模型发生屈曲破坏;厚径比大于某临界值时,屈曲载荷高于极限载荷,分析模型发生强度破坏。不同材料分析模型厚径比临界值存在一定差异,对高强钢13MnNiMoR材料而言,GB 150—2011标准防止标准椭圆封头内压弹性屈曲失效的厚径比规定偏于冒进。本文结果可为内压薄壁标准椭圆封头设计准则提供指导。     

可调拱梁稳定性分析

以TC4635-Q型钢模台车中可调弧度的拱形支撑梁结构为研究对象,分析该结构的稳定性,并探究部分尺寸参数对结构稳定性的影响,通过尺寸参数建立了其三维模型,并计算出实际工况下拱梁所承受的外载荷与外载荷下的拱梁刚、强度,然后将拱梁强度最不利区域简化为纯压圆弧两饺拱计算出其屈曲载荷,与ANSYS分析模型所得屈曲载荷作对比,验证了拱梁结构具有良好的稳定性,最后选择三组结构参数作为可变因素,进行了三因素三水平正交试验设计,结果表明拱跨对屈曲载荷具有一定显著影响.     

碟形封头压力容器在内压作用下的弹塑性屈曲及后屈曲行为研究

基于ABAQUS对受内压碟形封头压力容器的弹塑性屈曲及后屈曲行为进行分析.通过非对称网格剖分技术诱发结构的屈曲行为,采用Riks算法捕捉完整的屈曲及后屈曲路径,分析屈曲载荷和后屈曲形态.计算结果表明,在内压作用下碟形封头压力容器过渡区域出现波状的分叉屈曲形态,随着加载的继续,过渡段将逐渐生成肉眼可视的褶皱,进入后屈曲阶段.后屈曲路径可以分为第一阶段与第二阶段.对引入初始厚度缺陷的结果分析可知,初始缺陷厚度的布置将对后屈曲路径产生影响,并降低结构的分叉屈曲载荷.     

球面形零件拉深成形弹塑性屈曲研究

球面形零件在拉深成形中易产生弹塑性屈曲,文中利用板壳理论中的Hill分叉屈曲理论建立了球面形零件拉深成形屈曲模型,时该模型的正确性进行了验证.该模型能够说明材料的性能及形状对屈曲的影响程度,对生产具有一定的理论指导意义.     

薄壁压力容器在内压作用下的弹塑性屈曲行为研究

基于ABAQUS对受内压薄壁压力容器的屈曲行为进行计算时,采用非对称的网格剖分是打破对称性、诱发分叉屈曲的有效方法。与在结构中引入初始缺陷的传统做法相比,该法具有更加客观真实,且不破坏原始结构的优势。通过一系列的数值试验,揭示薄壁压力容器在内压作用下的弹塑性屈曲规律。计算结果表明,在内压作用下薄壁压力容器过渡区域出现波状的分叉屈曲形态,随着加载的继续,过渡段将逐渐生成肉眼可视的褶皱。通过与试验结果以及传统方法对比,非对称网格剖分方式可以更加简单而有效地诱发结构的分叉屈曲行为,且与试验结果吻合较好。     

功能梯度斜板的屈曲分析

研究面内荷载作用下功能梯度斜板的屈曲问题.基于经典板理论,假设材料性质为板厚度方向坐标的幂函数,不考虑温度的影响,推导功能梯度板在纵向荷载作用下的平衡微分方程,运用坐标转换关系,建立斜坐标系下功能梯度斜板的屈曲微分方程.采用微分求积法,离散屈曲微分方程,结合边界条件,给出功能梯度斜板在两对边受有均布压力作用下临界屈曲荷载的无量纲数值解.在此基础上,讨论板的几何外形尺寸、夹角、梯度指标以及中面变形等因素对临界屈曲荷载的影响.结果表明:功能梯度板的临界屈曲荷载变化介于相应的均质各向同性板的临界屈曲荷载变化之间;功能梯度材料板的临界屈曲荷载变化随板的相对几何外形尺寸宽长比b/a的减小而减小,随梯度指标κ和夹角θ的增加而减小;中面变形对夹角较小和梯度指标较高的板有较大影响.     

圆柱壳结构外压弹塑性稳定性问题的半解析有限元法

综合考虑几何、物理双重非线性因素的影响,对圆柱壳结构在外压作用下发生承受外压失稳屈曲进行研究.几何方程采用大位移的应变位移关系,物理方程采用弹塑性分析的应力应变关系,导出圆柱壳单元弹塑性分析的切线刚度矩阵.计算中,为追踪失稳屈曲完整的平衡路径,在位于极值点邻域内的每一增量步中,采用控制弧长约束下的增量-迭代法进行计算,使计算效率大大提高.     

基于有限元方法的塔机桁架结构屈曲分析

以塔式起重机的金属结构为主要研究对象,借助有限元平台,从简单杆件的分析入手获得了可行的线性屈曲与非线性屈曲分析的方法与流程,进而以此为基础从不同侧面对塔机桁架结构的屈曲问题进行了详细分析.研究结果表明：考虑载荷偏心和初始位移非线性屈曲分析的结果要比线性特征值屈曲分析的结果更符合实际状态.在塔机上计算时只考虑5％的载荷偏心就使结果比原来小了33％,而在实际情况中由于小车轨道不平、风载荷等原因引起的载荷偏心可能会更严重.     

变厚度多孔梯度材料圆板的热后屈曲分析

为分析多孔梯度材料圆板在非均匀温度场中的热后屈曲响应,基于经典板理论和物理中面概念建立了梯度多孔材料圆板在热载荷作用下的控制微分方程,其中假设厚度变化沿半径为二次抛物线型且板在其厚度上具有对称和非对称的非均匀孔隙率分布。采用打靶法数值求解了问题的屈曲和后屈曲响应,给出了均匀升温和热传导下的梯度多孔非线性变厚度圆板后屈曲平衡路径。结果显示：变厚度系数、孔隙率系数、孔隙分布方式以及温度场对板的临界载荷和后屈曲平衡路径均有影响;在不同温度场中孔隙率系数越大,屈曲时的临界载荷越小;孔隙率对称分布下的临界载荷大于非对称情况下的。     

湿式气柜的有限元结构分析

化工生产中常用湿式气柜作为各种气体的存贮和缓冲设备。正常工作时气柜承受内压，如果由于过度抽气或其他原因，会出现负压而导致气柜压瘪?对此，首先通过理论计算得到其临界失稳外压值，然后对其进行有限元结构分析计算，进一步得到气柜在外压下的变形情况及位移栽荷曲线。从而给工厂的安全运行提供技术上的支持。     

虚拟板材冲压皱曲特性试验

利用非线性有限元软件系统的数值模拟运算功能,对冲压板材皱曲特性试验(YBT)的试样、夹具和载荷进行数字化虚拟,并对试验过程和试验结果进行运算和讨论。     

虚拟板材冲压皱曲特性试验

利用非线性有限元软件系统的数值模拟运算功能，对冲压板材皱曲特性试验（YBT）的试样、夹具和载荷进行数字化虚拟，并对试验过程和试验结果进行运算和讨论。     

构型参数对格栅圆柱壳侧压稳定性影响研究

基于有限元参数化建模方法,开展了受侧压格栅圆柱壳的稳定性分析。在总体积相同情况下,以正交格栅、正交各向异性格栅、等格栅圆柱壳为研究对象,分析了圆柱壳包含不同体胞数、不同体胞构型以及给定体胞数时蒙皮厚度、筋骨尺寸变化对结构临界屈曲载荷、失稳模式的影响。计算结果表明:等体积下,格栅圆柱壳存在最佳匹配的体胞构型和体胞数来最大化临界屈曲载荷;侧压圆柱壳最大临界屈曲载荷发生在局部失稳与整体失稳的过渡区。     

Optimum shape for buckling and post-buckling behavior of a laminated composite panel with I-type stiffeners

A shape optimization of stiffener was conducted to increase buckling load or failure load with stiffened laminated composite panel of I-type under compression loading. Design variables are cap length, web length, and/or thickness under the constraint of volume constancy. The objective function is buckling load and failure load of post-buckling based on Tsai-Hill theory using ABAQLJS 5.8 for analysis and Optimizer on Broydon-Fletcher Goldfarb-Sharno Method and Augmented Lagrange Multiplier Method. The effects of relative length of a web and a cap of stiffener on buckling load and failure load of post-buckling were investigated with the results of optimum design.     

Analytical solutions for buckling of multi-step non-uniform columns with arbitrary distribution of flexural stiffness or axial distributed loading

In this paper, the function for describing the distribution of flexural stiffness K(x) of a non-uniform column is arbitrary, and the distribution of axial distributed loading N(x) acting on the column is expressed as a function of K(x) and vice versa. The governing equation for buckling of a one-step non-uniform column is reduced to a differential equation of the second-order without the first-order derivative by means of variable transformation. Then, this kind of differential equation is reduced to Bessel equations and other solvable equations for 14 cases. The analytical buckling solutions of one-step non-uniform columns are thus found. Then the obtained analytical solutions are used to derive the eigenvalue equation for buckling of a multi-step non-uniform column for several boundary supports by using the transfer matrix method. A numerical example shows that the proposed procedure is an efficient method for buckling analysis of multi-step non-uniform columns.     

DBL型脉动无级变速器连杆的有限元屈曲分析

建立了无级变速器连杆部件的有限元模型,通过屈曲分析得出了它所能承受的最大失稳载荷,输出了零件的应力图与变形图。与实测结果相比较,最终得到了连杆有限元屈曲分析有较高的可靠性的结论,为其他结构相对复杂零件的失稳力计算提供了依据。     

Zigzag theory for buckling of hybrid piezoelectric beams under electromechanical loads

A new efficient coupled one-dimensional (1D) geometrically nonlinear zigzag theory is developed for buckling analysis of hybrid piezoelectric beams, under electromechanical loads. The potential field is approximated layerwise as piecewise linear. The deflection is approximated to account for the normal strain due to electric field. The axial displacement is approximated as a combination of a global third-order variation and layerwise linear variation. It is expressed in terms of three primary displacement variables and a set of electric potential variables by enforcing exactly the conditions of zero transverse shear stress at the top and bottom and the conditions of its continuity at the layer interfaces. The governing coupled nonlinear field equations and boundary conditions are derived using a variational principle. Analytical solutions for buckling of simply supported beams under electromechanical loads are presented. Comparisons with the exact 2D piezoelasticity solution establish that the present zigzag theory is very accurate for buckling analysis.     

A point receptance array approach for stiffened panel structures

A point receptance array is proposed to study behaviors of panel structures with stiffeners. Although the overall objective is intended to develop a general algorithm for large structural members with stiffeners of arbitrary arrangements, the present study focus on an analytical evaluation of the accuracy of the approximation. To simplify the formulations, a thin plate with two diagonally connected beam stiffeners is selected. By solving governing differential equations for the plate and beam, point receptances that represent the interaction and compatibility conditions at the plate-beam interfaces are analytically obtained. Buckling modes of the stiffened plate are obtained by solving an eigenvalue problem. Accuracy of the approach is verified by a comparison of the analytical solution with data obtained from a direct finite element model. A parametric study was also performed. Good agreement indicates that the point receptance is a viable approach for general applications.     

正置正交加筋薄壁柱壳优化设计参数化有限元方法研究

利用有限元软件建立轴压正置正交加筋薄壁圆柱壳的参数化有限元分析模型,研究结构参数对薄壁加筋圆柱壳结构的临界载荷和屈曲模式的影响。随着蒙皮厚度的增加,结构的屈曲模式由局部屈曲逐步变化到总体屈曲,屈曲载荷上升;随着加筋厚度或宽度的增加,由总体屈曲变化到局部屈曲,屈曲载荷上升。通过等体积时的参数变化对屈曲载荷和屈曲模式的影响研究,表明在对应某体积的设计中,只有一种设计使结构屈曲载荷达到最大,而当此最大的屈曲载荷等于设计载荷时,是最轻重量的设计。在此基础上发展一种基于APDL(Ansys parametric design language)语言的薄壁加筋圆柱壳结构优化设计方法,利用该方法给出设计算例的优化结果。