多层不等厚组合圆柱壳屈曲数值模拟分析

针对大型立式组合圆柱壳结构的几何特征,采用数值模拟方法分析了多层不等厚特征因素对圆柱壳屈曲临界载荷的影响.提出多层不等厚可看成是圆柱壳壳壁上的几何缺陷,在一定程度上会减弱经典圆柱壳的屈曲临界应力水平.建立数个多层不等厚组合圆柱壳的屈曲分析有限元（FEA）模型,初步分析了不同载荷工况下多层组合圆柱壳的屈曲行为,得到相应的屈曲失稳临界载荷,验证了环向应力对组合圆柱壳屈曲的影响规律.结果表明,多层不等厚特征因素可明显降低经典圆柱壳的屈曲临界载荷,其中层数和相邻圆柱壳壁厚差值对屈曲临界载荷的影响最大.     

夹芯复合材料耐压壳舱段仿真计算及临界环肋高度确定方法研究

本文基于Abaqus有限元仿真软件,针对夹芯复合材料耐压壳舱段有效支撑的临界环肋高度问题进行了计算分析.论文首先结合相关试验结果,对仿真计算方法进行了验证.然后建立了共3个系列15个有限元模型,对在不同腹板铺层方式、不同尺寸的T型截面舱段环肋结构支撑下的夹芯复合材料耐压壳长舱段进行了临界屈曲载荷的计算,并得到以下结论.通过设置环肋可以有效地增加夹芯复合材料耐压壳长舱段的稳定性.当环肋的支撑刚度增加到一定值时,长舱段的屈曲模态会从整体屈曲转变为被环肋边界限制在舱段范围内的的多段的单分段屈曲模态,该环肋高度称为环肋有效支撑的临界环肋高度.环肋有效支撑的临界高度可以通过屈曲载荷随腹板高度的增长趋势图中两段直线的交点位置来确定.当环肋高度大于临界环肋高度时,结构的分段屈曲载荷与环肋的属性关系不大,主要与夹芯圆柱壳自身的尺寸与材料属性有关.经计算,本文所分析的夹芯复合材料耐压壳结构其分段自身屈曲载荷可达7.0MPa.     

生物骨圆柱壳的蠕变屈曲分析

将生物胫骨考虑为纤维增强的粘弹性复合材料圆柱壳,并进行了蠕变屈曲分析.采用广义Maxwell模型,提出了胫骨的粘弹性复合材料圆柱壳力学模型,得到了受轴向载荷作用粘弹性圆柱壳的蠕变屈曲控制方程.通过Laplace变换,将控制方程转换到相空间,在相空间中得到临界荷载的表达式;经过Laplace逆变换,得到了随时间变化的屈曲荷载曲线.最后依据具体的人胫骨粘性系数,对人胫骨轴压屈曲压力进行计算和分析比较,得到了蠕变屈曲临界载荷曲线,给出了蠕变屈曲荷载随胫骨长度及时间的变化曲线.研究结果表明:将胫骨考虑为纤维增强的粘弹性复合材料圆柱壳其瞬时临界荷载值、持久临界荷载值均小于将该胫骨考虑为功能梯度圆柱壳的屈曲荷载.     

含口盖复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析

对完整复合材料圆柱壳进行了轴向压缩破坏试验,得到了圆柱壳的载荷-应变曲线和破坏载荷,试验结果表明:在轴压载荷作用下,圆柱壳的破坏形式为屈曲破坏。结合ANSYS有限元软件对复合材料圆柱壳进行屈曲分析,有限元计算结果与试验结果一致,验证了模型和计算方法的有效性。利用所建立的模型,对圆柱壳的铺层顺序进行改进设计,分析了铺层角度对开口圆柱壳屈曲载荷的影响。在开口处加装复合材料口盖进行补强,计算了不同口盖铺层方式下的柱壳屈曲强度。计算结果表明:优化复合材料叠层顺序可提升结构的屈曲载荷,开口后圆柱壳的轴向屈曲载荷大幅降低,加装口盖可使开口圆柱壳的轴向稳定性得到有效的增强。提出了一种提高含口盖的复合材料圆柱壳轴向屈曲强度的改进设计方法,为复合材料壳体的稳定性设计提供参考。     

流-固冲击载荷作用下圆柱薄壳的动力屈曲研究

研究流-固冲击载荷作用下的圆柱薄壳动力屈曲问题。运动方程采用Karman-Donnell运动方程,本构关系采用增量理论,借助增量数值计算方法对Karman-Donnell运动方程进行求解。结果表明：均匀径向外压对圆柱壳的轴向冲击过程和冲击性态有较大的影响。讨论了径向压力与轴向冲击载荷的幅值对结构临界动力屈曲载荷和临界动力失效载荷的影响。     

功能梯度圆柱壳弹性临界载荷预测

针对功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷预测问题,本文提出了一种预报弹性临界载荷的半解析方法。利用薄壳理论建立了壳体耦合振动方程,运用抛物线法求解得到了充液功能梯度圆柱壳的固有频率,通过固有频率平方和内压的线性关系利用插值方法得到功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷。通过与已有结果对比,验证了本文方法的正确性。计算了氮化硅-不锈钢功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷、边界条件和结构参数等变化对功能梯度圆柱壳弹性临界载荷的影响。本文提出的基于内压条件下的固有频率来预报功能梯度圆柱壳弹性临界载荷的方法,相比于外压条件下的试验和仿真方法,方法简单,更易于实现。     

单壳体潜艇壳体结构损伤后的屈曲分析

针对单壳体潜艇遭受碰撞、搁浅、战时的武器命中和爆炸冲击,耐压壳体出现塑性变形但没有被击穿的损伤情况下的结构稳定性问题,利用几何缺陷薄壁圆柱壳的卡门-唐纳尔非线性应变位移关系式和变分法推导了具有初挠度的耐压壳的平衡方程和相容方程,给出了耐压壳的应力函数表达式.在只考虑几何非线性的情况下,利用里兹法得到了静水压力作用下的不同损伤程度艇体结构的载荷挠度幅值曲线和临界载荷.结果表明,与完美耐压壳体不一样,具有初挠度的耐压壳屈曲是极值点屈曲,载荷随挠度幅值增加到局部极大值后,随着挠度幅值的增大反而减小.随着损伤程度加深,即初挠度幅值的增大,耐压壳的临界压力减小,表明耐压壳的承载能力下降;同时随着损伤程度加深,极值点变得越来越不明显,极值点屈曲问题渐渐转变为强度问题.     

复合材料圆柱壳的能量吸收能力分析

根据壳体理论,分析了复合材料圆柱壳的轴向压缩刚度,采用迦辽金方法分别按Ｌｏｖｅ理论和Ｄｏｎｎｅｌ理论研究 轴向压缩屈曲载荷;通过对试验数据的处理,分析了稳态压缩过程中渐进压缩的平均压碎力与纤维缠绕角度,圆柱的横截面积之间的关系,研究表明,在静态载荷作用下,纤维缠绕角度对能量吸收能力有较大的影响,随缠绕角度增加,能量吸收能力提高,由以上分析,给出了复合材料圆柱壳在静态压缩载荷作用下的能量吸收能力预报     

缺陷圆柱壳体外压屈曲的仿真分析

基于Ansys workbench有限元仿真软件,对含初始缺陷的圆柱壳体进行了外压屈曲的仿真研究。首先进行了理想圆柱壳体的特征值屈曲分析,得出前30阶线性屈曲失稳模态作初始几何缺陷。然后基于单一模态缺陷法和组合模态缺陷法建立具有初始几何缺陷的模型,利用有限元仿真分析的非线性稳定算法和弧长法进行非线性屈曲分析。最后设计圆柱壳体静压屈曲实验,得出了临界屈曲载荷。将非线性屈曲分析结果与实验结果、承压结构工程分析方法计算结果作对比分析,结果表明：弧长法与非线性稳定算法相比,预测精度更高;承压结构工程分析方法求出的结果非常保守,临界屈曲载荷远低于实验结果;第1阶模态缺陷不是对圆柱壳体承压能力最不利的初始缺陷,最不利初始缺陷的模态阶数一般为低阶;模型的初始缺陷幅值大小对临界屈曲压力有较大的影响,但对最不利初始缺陷的模态阶数没有影响。2种初始缺陷构造方法都是可行的,但低阶多模态组合缺陷模型具有更精准的预测精度,误差约为3.55%。     

碳纤维增强聚合物基复合材料修补空心柱体结构的屈曲分析

采用有限元数值方法和解析方法研究了碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)加固含损伤空心柱体钢结构在压缩载荷作用下的屈曲问题。通过有限元数值仿真对受轴向压缩载荷的含损伤钢结构进行了纤维增强复合材料的模拟修复,采用八节点复合材料板壳单元模拟复合材料补片结构,考虑理想黏结,通过约束方程建立了CFRP加固含损伤空心柱体钢结构屈曲分析的有限元模型,计算了钢结构的屈曲临界载荷,并与基于能量原理推导的CFRP加固受轴向压缩载荷空心柱体屈曲载荷的理论公式做了比较。参数讨论表明,粘贴CFRP对提高受压结构载荷效果显著;通过改善CFRP层参数可提高结构的临界载荷,增强修补效果;有限元法结果与解析公式计算结果比较吻合。     

大跨度四边支承单层柱面网壳的稳定性能

为拓宽单层柱面网壳的应用跨度,以参数分析作为研究手段,利用通用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对波宽为20m四边支承柱面网壳开展400余例非线性全过程分析,考察屈曲模态、临界荷载、塑性发展分布等特征响应,总结长宽比、矢宽比、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对网壳临界荷载的影响规律.研究结果显示:四边支承柱面网壳的直杆以受弯作用为主,壳面中部是结构的薄弱区域;当长宽比过大时,应通过增设加劲肋提高壳面刚度,加劲肋的间距应使得网壳长宽比保持在1.0为宜;柱面网壳对于初始几何缺陷较为敏感,当缺陷值达到波宽的1/300时,网壳的弹塑性临界荷载将降低30%以上;当荷载呈不对称分布且p/g=1.0时,网壳的临界荷载将降低到均布荷载作用情况下的86%～94%.     

锥壳的线性侧压屈曲

应用Ｋｏｉｔｅｒ初始后屈曲理论推导出一组全新的锥壳屈曲分支方程，构造了铰支锥壳承受线性分布侧向外压时的屈曲模式，运用Ｇａｌｅｒｋｉｎ变分法求得了全锥度分支点屈曲临界荷载，绘出了临界特征值随壳体参数变化的曲线。     

钢-混凝土连续组合梁腹板局部屈曲分析

对连续组合梁负弯矩区钢腹板的稳定性进行了研究,分析了负弯矩区钢梁腹板在弯曲、轴向压力和剪切作用下的力学性能,提出了组合梁腹板在各种荷载作用下的局部稳定性简化计算模型,建立了非均匀受压、纯剪和弯剪复合受力状态下的临界屈曲应力计算公式;分别计算了钢梁腹板在非均匀受压和纯剪状态下的弹性屈曲系数,并根据偏心受压与剪切作用下的相关方程计算了钢梁腹板在复杂应力状态下的弹性屈曲系数;基于屈曲分析结果,提出了组合梁在弹性受力阶段钢梁腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。结果表明：采用该方法确定的钢梁腹板高厚比更具合理性,且计算过程简单,结果偏于安全。     

Effect of matrix cracking on the time delayed buckling of viscoelastic laminated circular cylindrical shells

The effect of matrix cracking on the bifurcation creep buckling of viscoelastic laminated circular cylindrical shells is investigated. The viscoelastic behavior of laminas is modeled by Schapery’s integral constitutive equation with growing matrix cracks. The values of damage variables are correlated to non-dimensional density of matrix cracks relying on the formulas from meso-mechanics approach, and the evolution equation predicting the growth rate of density of matrix cracks is assumed to follow a power type relation with transverse tensile stress. The governing equations for pre-buckling creep deformation and bifurcation buckling of laminated circular cylindrical shells under axial compression are obtained on the basis of the Donnell type shallow shell theory and Kármán-Donnell geometrically nonlinear relationship. Corresponding solution strategy is constructed by integrating finite-difference technique, trigonometric series expansion method and Taylor’s numerical recursive scheme for convolution integration. The bifurcation creep buckling of symmetrically laminated glass-epoxy circular cylindrical shells with matrix creep cracking coupled are examined for various geometrical parameters and parameters of damage evolution as well as boundary conditions. The numerical results show that matrix creep cracking remarkably shortens the critic time of bifurcation buckling and reduces the durable critic loads, and its effects become weak and finally vanish with the increase of the ratio of radius to thickness in the case of short laminated circular cylindrical shells, also the influence of the matrix creep cracking is mainly dependent on the boundary conditions at two ends for moderately long circular cylindrical shells. Supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province (Grant No. 05JJ3008)     

箕斗定量装载系统缓冲仓的强度和稳定性分析

缓冲仓是箕斗定量装载系统中的关键部件,物料的不同载荷作用将导致缓冲仓发生破坏。文章根据承载能力极限状态和壳体薄膜理论研究缓冲仓的强度和稳定性条件,通过ANSYS Workbench研究缓冲仓的应力分布状态,利用Linear Bucking模块对缓冲仓进行线性屈曲分析。结果表明:缓冲仓的最大等效应力并不是位于筒仓最底部与环梁相接处,而是距离环梁约1.8 m处,此处引起仓壁应力的急剧变化,产生"象腿"破坏现象;缓冲仓发生结构屈曲破坏主要由径向大变形引起,随着储料载荷的增大,结构在发生屈曲破坏前已出现强度破坏,缓冲仓的主要破坏形式为强度破坏。     

一字形芯钢管混凝土防屈曲支撑分析研究

利用有限元分析软件ANSYS对普通支撑和一字形钢管混凝土防屈曲支撑进行模态分析,通过对比两种支撑的模态云图和振型参数来研究加约束的一字型芯钢混防屈曲支撑的优劣势和临界荷载变化及其失稳的位置。分析一字形钢管混凝土防屈曲支撑的滞回耗能,防屈曲支撑的摩擦系数和填充混凝土的强度因素。得到以下结论:一字形芯更容易出现y轴方向的弯曲失稳,框架结构的刚度以及自振周期能够通过安装一字形钢混屈曲支撑而发生明显改变。     

LNG罐式集装箱强度及特征值屈曲分析

以LNG罐式集装箱为研究对象，通过建立其在堆码试验工况下的有限元模型，给出罐箱的强度储备及位移场。采用Block Lanczos方法对多重实际载荷同时作用下罐箱框架结构堆码屈曲进行了分析和计算，给出了框架的屈曲模态及对应的临界载荷。明确了该罐箱结构的强度分布、薄弱环节、稳定性模态及宏观稳定性储备等；得出该罐箱在堆码试验工况下强度薄弱部位为外框架上短节和外框架与筒体连接部位，刚度补强的首选位置为外框架上短节部位。此外，分析表明该罐箱的框架具有较高的稳定性，强度问题是该类罐箱框架在设计环节中应首要考虑的问题，研究结果为类似结构的强度及稳定性设计校核提供了参考。     

焊接对大型石油储罐象足屈曲的影响规律

为了研究大型石油储罐在地震载荷作用下发生象足屈曲时的临界载荷与理论计算值之间的差异成因,采用数值模拟方法分析大型石油储罐纵环焊缝、焊接次序等因素对象足屈曲临界载荷的影响. 提出焊接残余变形可以看作圆柱壳壁上的初始几何缺陷,在一定程度上会减小大型油罐的象足屈曲临界载荷.利用固有应变有限元法建立考虑焊接残余应力及变形的大型油罐象足屈曲准静态计算模型,分析焊缝有无、焊缝类型、焊接残余应力和变形、焊接次序对油罐象足屈曲的影响. 结果表明,焊缝的存在都在不同程度上降低了油罐的象足屈曲临界载荷;在相同的固有应变下,油罐象足屈曲临界载荷降低的程度与焊缝的类型有关;焊接残余应力和变形越大,象足屈曲临界载荷越低,焊接次序对油罐的象足屈曲临界载荷影响不大;焊接产生的残余应力及变形的存在使得油罐罐壁发生象足屈曲处的位置有了一定程度的提高．     

Flexural behavior of in-plane bending glass structures for design method

Experimental study was carried out on the in-plane bending behavior of glass plates without lateral supports, and the effects of the factors, such as height-to-span ratio, on the stability of glass panels were studied. Results show that the in-plane bending glass plates with both ends simply supported and their upper edge free lose overall stability under loads, which belongs to the limit-point type of instability. It is found that the buckling load increases linearly with the increase of height-to-span ratio of the glass plates. The lateral stress of in-plane bending glass plates without lateral supports increases linearly under loads; while the large-area stress increases nonlinearly and the lateral stress is not the controlling factor of instability. In finite element analysis, the first buckling mode is regarded as the initial imperfection and imposed on the model as 1/1000 of the span of the components. The numerical buckling load according to the theory of large deflection is less than the experiment result, which is more conservative and can provide some reference for design. For the design method, when the in-plane load is imposed on the glass plate, its lateral strength and the deflection should be verified. Considering the stability of the in-plane bending glass plate without reliable lateral support, buckling is another possible failure mode and calls for verification.