多孔石墨烯增强复合材料截锥壳的动力稳定性

为研究弹性介质中含孔隙的石墨烯增强复合材料截锥壳的动力稳定性，基于Halpin-Tsai微观力学模型和经典薄壳理论建立了截锥壳动力稳定的控制方程，并用Bolotin法分析了临界激励频率和动力稳定区域.研究结果显示，在3种孔隙分布中，孔隙集中于中部分布的临界激励频率最大.在5种石墨烯分布中，非线性集中于中部的临界激励频率最大.当石墨烯含量从0.1%增大到0.9%时，临界激励频率约增大97%.在10°、30°、50°和70°四种半锥角中，30°的临界激励频率和非稳定区域最大.与压缩刚度相比，弹性介质的剪切刚度对临界激励频率和稳定区域的影响更大.可见优化设计石墨烯的含量和分布模式，可提高石墨烯增强复合材料截锥壳的动力稳定性.     

弹性梁在温度场中弯曲和屈曲变形的研究

研究两端固定弹性梁在温度梯度场作用下,在一定的温度变化条件下弹性梁可保持直立;探讨了当温度超过临界温度时,梁将发生屈曲变形,并计算了两端固定单跨梁产生欧拉屈曲的临界温度.     

轴压下大型薄壁圆柱壳的稳定性研究

承受轴向和周边径向压力的大型薄壁钢柱壳结构的稳定性分析是一个十分复杂的问题.根据理想壳体结构的屈曲平衡方程得出的临界应力,结合德国和我国的设计规范,通过有限单元法研究了初始缺陷、环向加劲肋间距、大开孔对薄壁圆柱壳稳定性的影响.结果表明:初始缺陷可使薄壁柱壳的极限屈曲应力降低至理想壳体临界应力的1/4以下;环向加劲肋间距的减小能够使得壳体极限屈曲应力显著增加,进而大大地提高了壳体的轴向承载力;大开孔的存在严重削弱了壳体的整体稳定性.上述结论对于薄壁柱壳的稳定性分析具有一定的理论意义和实用价值.     

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%。     

轴向脉冲载荷冲击下弹性圆柱壳动态屈曲中的竹节现象

本文针对弹性圆柱壳在轴向脉冲载荷冲击下动态局部屈曲问题,提出一种新的方法,即哈密顿体系方法.通过构造哈密顿体系,在辛空间中将临界载荷和动态屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题.发现圆柱壳屈曲的临界载荷被分为两类,其分别对应圆柱壳压缩屈曲和弯曲屈曲.辛本征解反映了局部的压缩屈曲模态和横向的弯曲屈曲模态.在物理上表现出壳体的压缩型竹节屈曲现象和弯曲型竹节屈曲现象.同时数值结果揭示了临界载荷和屈曲模态的规律及影响因素.     

短与中长度铰支截锥壳的临界扭矩

本文研究短与中长度铰支截锥壳的归界扭矩(扭矩由均匀分布于壳之两端平行圆截面上的剪力组成)问题。根据参考[1]所述理由简化了参考[2]提出的边界条件、挠度函数及临界扭矩判别式,从而使计算临界扭矩的工作大大减轻并仍保持足够的准确度;文中提出了类似于水压情况之参数q的无因次扭矩T,使便于比较具有不同半顶角α、不同的泊松比μ、不同的小端半径厚度比R_1/h及不同的母线长度小端半径比l/R_1的截锥壳之临界扭矩数值;文中证明了K_(mp)式中的(1—μ)项可以略去,从而证明对于中长壳T只与R_1/R_2有关,并且判断出:对于中长度截锥壳,当1-R_1/R_2约超过0.8时T即趋于一常数值,因而认为P.Seide强调的1-R_1/R_2>0.8时临界扭矩值的大量繁重的计算工作似乎意义不大;作者认为参考[1,3]中所引用的相当圆柱壳概念在扭转情况仍有相当应用价值,文内把用于圆柱壳时的参数Z通过此相当圆柱壳的概念推广用于圆锥壳,使参考[2]中所用三个参数(α、R_1/h与轴向长度小端半径比lcosα/R_1)简化为只用两个更一般性的参数(Z与R_1/R_2),利用它们计算了在1-R_1/R_2≤0.7时Z≥10(P.Seide所算的数据均相当于Z≥60)的短锥壳之临界扭矩,明确了:(1)对于短锥壳,T不仅与R_1/R_2有关,且也随Z的改变而变化;(2)在固定的1-R_1/R_2值下,Z为任意值的短截锥壳与中长度截锥壳一样,其相对临界扭矩T/Tcos~2α极其接近常数值,且两常数值大体相同。本文结果对试验模型的参数选择及理论与试验结果的分析比较可能有一定作用。本文所用符号除特别注明者外均与参考[1]相同。     

分布轴对称缺陷对薄壁圆柱壳屈曲可靠性影响

为了分析分布轴对称缺陷参量对薄壁圆柱壳屈曲可靠性的影响,根据Budiansky临界解答,建立了具有初始分布轴对称缺陷薄壁圆柱壳体的等效安全余量.利用改进一次二阶矩方法,研究了分布轴对称初始缺陷对薄壁圆柱壳体屈曲安全问题,以可靠度的概念分析了结构屈曲敏感度的问题,分析了基于结构可靠度的薄壁结构屈曲强度评定方法,提出了基于结构可靠度的缺陷敏感度的分析方法,通过结构可靠度指标的变化能够间接地反映结构对缺陷的敏感性.研究表明,基于结构可靠度的不完整薄壁圆柱壳屈曲安全评定方法是可行的,提出的等效安全余量的方法,为复杂安全余量建立和简化结构安全评定提供了参考.     

温度作用下钢柱屈曲性能分析

为了讨论两端简支钢柱在温度荷载作用下的弹性稳定性,考虑了温度沿钢柱截面非均匀分布的影响,基于构件的非线性位移应变关系,利用能量原理推导了钢柱的非线性平衡方程及屈曲方程,给出了计算临界屈曲温度荷载的方法.由分析结果可知,温度变化对钢柱的稳定性影响很大,当钢柱长细比较大时,即使温度变化值较小也能引起钢柱的屈曲;当钢柱温度变化沿截面均匀分布时,利用提出方法所求得的临界屈曲温度荷载与经典欧拉方法一致;当柱截面平均温度变化为零时,沿截面的不均匀温度分布不会引起钢柱的屈曲.温度沿截面的不均匀分布对于钢柱的稳定性是有利的,而且随着构件长细比的增大,沿截面温度不均匀分布对钢柱稳定性的有利作用增强.有限元验证结果说明所提出的方法可用于温度作用下钢柱屈曲性能的分析.     

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%.     

功能梯度梁临界荷载与固有频率的微分求积法计算

运用微分求积法(DQM)研究了轴向功能梯度变截面Euler-Bernoulli梁的屈曲临界荷载和固有频率,以及轴向荷载对功能梯度变截面梁固有频率的影响.首先基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了求解功能梯度材料Euler-Bernoulli变截面梁屈曲临界荷载和固有频率的变系数常微分方程;然后基于微分求积法原理将梁的变系数常微分方程的特征值问题转化为一组线性代数方程组的特征值问题;再由QR法计算获得功能梯度变截面梁的屈曲临界荷载和固有频率.数值计算结果表明,采用等步长均匀网格时,微分求积法计算数值不稳定甚至失真,而用变步长非均匀网格获得计算值精度较高,如切比雪夫多项式的根作为离散节点分布形式;研究还表明,轴向拉力使梁的固有频率增大,压力使梁的固有频率减小,当第1阶固有频率为零时,对应的轴向压力即为梁的屈曲临界荷载.     

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.     

阶形桥墩的计算长度分析

为了确定桥梁结构设计中阶形桥墩柱的计算长度,推导出阶形柱屈曲方程的递推公式;将周围墩柱对计算柱的侧向约束用一柱顶弹簧表示,并推导出在此边界条件下阶形柱的临界荷载特征方程;通过编程和Sap2000有限元建模,对一典型实例进行了数值分析;结果表明,编程计算结果与Sap2000模拟结果几乎完全一致;柱顶弹簧刚度是影响阶形柱计算长度的重要影响因素,而一般可忽略剪切变形对计算长度影响;中间各段的计算长度系数一般大于上下两端的计算长度系数.     

双主跨悬索桥颤振节段模型试验模态匹配问题

多主跨悬索桥颤振节段模型风洞试验存在模态匹配问题,为了明确该类试验如何匹配竖弯模态与扭转模态以及哪种弯扭模态组合的颤振临界风速最低,以马鞍山大桥为工程背景,根据模态相似性匹配出3种弯扭模态组合,在节段模型风洞试验中测试了各组合的颤振临界风速,并对结果进行比较分析．结果表明:相同攻角下,一阶反对称竖弯与一阶反对称扭转模态组合的颤振临界风速最低,因此该组合是双主跨悬索桥二维颤振的控制组合;相同攻角下,一阶对称竖弯与一阶对称扭转模态组合的颤振临界风速略高于一阶反对称竖弯与一阶对称扭转模态组合的颤振临界风速;古典耦合颤振的Van der Put公式和Selberg公式能够预测各组合的颤振临界风速相对大小关系,但不能准确预测颤振临界风速数值．     

矢跨比对加劲球壳弹性屈曲性能的影响

加劲球壳的承载力取决于整体稳定性。由于加劲球壳属于各向异性壳,影响其屈曲性能的因素较多,至今没有统一的方法获取其整体失稳时的临界荷载。矢跨比是球壳结构屈曲性能分析中的关键因素之一,文中针对矢跨比对加劲球壳弹性屈曲性能的影响进行分析。先利用ABAQUS软件对球面薄壳进行屈曲分析,验证有限元分析的可靠性;再建立跨度恒定矢高变化的加劲球壳的有限元缩尺模型,分析弹性屈曲临界荷载与矢跨比之间的关系。研究结果表明,当环向与经向加劲肋间距比值在2.55-3.65范围内,屈曲临界荷载与矢跨比呈正相关关系。有效地增大矢跨比有利于提高其整体稳定性。     

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.     

FGM圆筒形薄壳热屈曲临界温度理论解及修正

针对现有功能梯度材料(FGM)圆筒形薄壳热屈曲临界温度不一致的问题,基于Donnell方程导出功能梯度材料圆筒形薄壳热屈曲临界温升理论解,然后通过有限元方法得到功能梯度材料圆筒形薄壳热屈曲数值解,通过对圆筒形薄壳的不同长径比l/R,厚径比δ/R和半径R的理论解与数值解进行对比分析,进而提出功能梯度材料圆筒形薄壳热屈曲临界温度修正解.研究成果将有利于对类似功能梯度材料薄壳结构热稳定性问题进行精细化设计.     

结构力学法求解碳纳米管的临界应变

采用宏观的力学模型,研究了具有不同长径比的锯齿型和扶手椅型碳纳米管的屈曲变形.其结果表明在长径比不变的情况下,随着碳纳米管半径的增加,临界应变值降低;长径比对临界应变有重要的影响;对于小的长径比,连续体壳理论是有效的,但是随着长径比的增加,碳纳米管半径小于0.8 mm的情况下,出现了分歧.因此宏观力学框架模型能有效地模拟碳纳米管的屈曲,预测临界应变.     

大跨度四边支承单层柱面网壳的稳定性能研究

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。当荷载的不对称分布且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%。     

肋环型顶盖屈曲影响因素分析及稳定承载力计算

选取36种结构形式的基本模型,采用弧长法对以第一阶屈曲模态作为初始形态的结构进行非线性屈曲分析,探讨边界条件、初始缺陷、矢跨比和截面尺寸对结构屈曲性能的影响。通过分析曲率半径、等效薄膜厚度和等效弯曲厚度与临界屈曲荷载之间的量化关系,采用最小二乘法拟合肋环型加劲浅球壳临界失稳式,分析并选取安全系数,得到稳定容许承载力标准值计算式。     

考虑缺陷的轴压功能梯度材料圆柱壳的弹塑性屈曲分析

针对功能梯度材料圆柱壳的考虑缺陷的弹塑性屈曲问题,采用有限元软件ABAQUS进行了数值模拟与分析。分析中采用叠层模型和TTO模型,充分考虑了材料的物性特性,即材料的物理非线性和前屈曲几何非线性的影响。计算得到缺陷作用下的弹塑性功能梯度材料圆柱壳的屈曲临界荷载和变形模式,研究了壳体厚度、组分参数对屈曲临界状态的影响。