确定轴向冲击下薄壁圆柱壳第二临界速度的新方法

研究薄壁圆柱壳的动态屈曲模式，有助于构造具有高吸能率的抗冲击结构。根据轴向冲击下的薄壁圆柱壳存在使其屈曲模式由轴对称转换为非轴对称的第二临界速度，且当冲击速度大于第二临界速度时薄壁圆柱壳的屈曲模式先呈现轴对称形式，然后随着冲击响应时间逐渐由轴对称形式转化为非轴对称形式这一理论，基于有限元仿真，比较撞击系统动能的时间历程和屈曲变形的时间历程，提出了用以确定第二临界速度的能量迭代法。应用此方法设计薄壁圆柱壳的动力屈曲结构可有效地减少试验次数，降低实验成本。该方法的可行性和正确性利用落锤实验得到了验证。     

轴压薄壁加筋圆柱壳结构优化设计研究

分别建立了轴向载荷作用下正置正交薄壁加筋圆柱壳结构优化设计的数学模型和有限元分析模型,应用Ansys软件进行优化计算,讨论了外载荷、材料屈服极限对优化设计的影响,以及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。基于有限元分析的研究结论,发展了一种薄壁加筋圆柱壳结构优化设计方法,给出设计算例的优化结果,并将两...     

轴向冲击下薄壁圆柱壳的屈曲行为的实验研究

由于薄壁圆柱壳比厚壁圆柱壳的不均匀性更大，薄壁圆柱壳的轴向动力屈曲比厚壁复杂得多。了解轴向冲击下薄壁圆柱壳的屈曲行为，有助于进行吸能构件设计。介绍了采用落锤实验进行圆柱壳的动力屈曲行为研究中，超薄壁圆柱壳的一些特殊屈曲行为，在实验中观察到随着径厚比的增加，折屈边数有相应增加的趋势，存在过渡区。经吸能特性分析，随着圆柱壳径厚比的增加，平均压垮载荷和一个基本变形单元能量吸收量增加，有效压缩距离和一个基本变形单元的初始长度增加，但有效压缩距离与基本变形单元长度之比保持不变；在壁厚相同的条件下，能量吸收量与圆柱壳半径成正比。     

金属圆管增强夹芯柱屈曲分析

金属圆管增强复合材料夹芯结构是一种新型的轻质多功能结构。考虑了横向剪切变形对临界载荷的影响,以实验方法测量出夹芯柱的横向剪切刚度,计算出临界屈曲载荷的理论值,并从实验上加以验证。利用有限元分析软件ABAQUS,模拟了夹芯柱宏观屈曲的形式,并与理论值和实验值进行了对比,结果吻合较好。采用数值模拟方法,研究了临界屈曲载荷与金属圆管排布方式之间关系。结果表明:金属圆管增强夹芯柱宏观屈曲主要以横向剪切屈曲为主;临界载荷值随着圆管在长度方向上的间距变小而增大;在圆管总重量和高度不变的情况下,临界载荷随着圆管半径和间距的变小而增大。研究结果对于在轴向压缩载荷下的金属圆管增强夹芯柱设计具有重要的指导意义。     

柱壳液力成形弹性稳定性分析

利用非线性弹性稳定性理论,分析研究了壳体液力成形工艺中的开口圆柱壳弹性稳定性问题。计算结果表明不仅非线性弹性临界载荷远低于线性弹性临界载荷,而且更重要的是内压很大程度上有助于提高柱壳轴向弹性临界屈曲载荷,这样为内高压成形工艺提供了弹性失稳理论依据。     

具有初始缺陷钢衬壳的热后屈曲分析

本文把局部铆固的核安全壳中的钢衬壳看作钢衬板的特殊缺陷形式，用Ｋｏｉｔｅｒ的初始后屈曲理论研究了具有初始缺陷的四点铆固钢衬壳模型的后屈曲性态，给出了这一模型的后屈曲平衡路径表达式和屈曲临界载荷表达式，并计算了屈曲临界载荷的初始缺陷的敏感度。     

一般边界条件下受轴向冲击圆柱壳的动力特性计算分析

在受轴向冲击圆柱壳的非冲击端引入轴向、周向、径向和径向旋转4个方向边界弹簧模拟一般边界条件。根据Love薄壳理论得到圆柱壳变形过程中的应力应变,并采用一种改进的Fourier级数方法表示圆柱壳沿坐标轴方向的位移。将应力应变以及位移代入圆柱壳的能量表达式,采用基于Hamilton方程的一阶变分法对能量表达式进行推导和变换,得到一般边界条件下受轴向冲击圆柱壳的自然频率以及动力屈曲临界载荷的判别式。计算分析了一般边界条件对受轴向冲击圆柱壳的自然频率和屈曲临界载荷的影响,以及不同边界条件圆柱壳屈曲模态的类型特点。结果表明：一般边界条件下自然频率随着冲击载荷增大而降低;随着轴向波数的增加圆柱壳自然频率及屈曲临界载荷增大,随着周向波数的增加屈曲临界载荷也增大;轴向、周向、径向和径向旋转各个方向边界刚度对圆柱壳自然频率和屈曲临界载荷的影响都是刚度系数越小,自然频率越低而临界载荷越大;圆柱壳受轴向冲击,边界条件的改变会影响屈曲模态。     

圆柱壳限制失稳的实验研究

采用高分子高弹性材料Mylar薄膜制作衬壳,其外侧的刚性限制为钢制圆柱筒壳,两端用加强环压紧以模拟边界条件。用气压加载模拟圆柱壳受周向均匀压力,观察衬壳的屈曲过程,同时测量衬壳的临界载荷。实验测量结果与有限元计算的结果符合较好。另外还通过人为制造不同初始缺陷和变换不同壳体长度,研究了限制失稳临界载荷与初始缺陷及不同长度的关系。结果表明圆柱薄衬壳受侧向外压的限制失稳临界载荷比自由失稳临界载荷有很大提高。     

双层柱面网格扁壳的非线性稳定性分析

基于等效夹层壳思想的双层网格扁壳非线性弯曲理论,对双层柱面网格壳体在均布压力作用下的非线性稳定性问题进行研究,采用伽辽金方法求得了简支边界条件下双层柱面网格扁壳的非线性载荷-位移关系式和临界屈曲载荷的解析表达式,讨论网壳结构几何参数对临界屈曲载荷的影响。     

侧向爆炸荷载下金属圆柱壳动力屈曲模态的实验研究

对金属圆柱壳在其中心部位经受75g柱状TNT炸药侧向爆炸冲击时的动力屈曲进行了实验研究,系统分析了3种壁厚的金属圆柱壳在不同爆炸距离下受侧向爆炸冲击的变形历程、最终变形模式和能量分配方式。得出了金属圆柱壳受侧向爆炸载荷时的4种典型屈曲模式及其相应的屈曲参数指标值,为金属柱壳结构爆炸破坏分级及结构抗爆设计提供了实验依据。     

径向载荷作用下复合材料圆柱壳的非线性动力屈曲

采用半解析法求解径向阶跃载荷作用下复合材料圆柱壳的非线性动力屈曲。基于一阶剪切变形理论，由Hamilton原理推导出包含横向剪切变形以及几何初缺陷的圆柱壳的非线性动力方程，位移及载荷沿周向采用级数展开，由Galerkin方法得到微分方程组，通过有限差分法求解；根据响应情况，由B—R准则判定屈曲，确定屈曲临界载荷。     

有初始缺陷圆柱壳轴向压力下的静态塑性屈曲

基于初始缺陷的定义式,推导出有初始缺陷的圆柱壳的几何方程。并假定了一种屈曲时的挠度函数,通过该函数求解塑性屈曲方程,可得到有初始缺陷的圆柱壳塑性屈曲的临界载荷。最后将所得结果与已有的实验结果作了比较。     

具有夹层的正交异性复合材料圆锥壳体的非线性轴对称屈曲分析

研究均布载荷作用下边缘可移夹支具有正交异性复合材料表层和软夹心的夹层圆锥壳非线性轴对称屈曲问题.利用变分原理导出具有正交各向异性表层夹层圆锥壳在均匀外压作用下的非线性轴对称屈曲问题的基本方程,采用修正迭代法[8]求得了可移夹支边界条件下壳体临界屈曲载荷的解析表达式,对几种典型的纤维增强复合材料表层夹层圆锥壳给出了数值结果和图表,讨论了几何参数和物理参数对临界屈曲载荷的影响。     

加筋复合材料圆柱壳的屈曲和初始后屈曲的研究

本文分析了筋和壳的儿何参数及壳的铺层对纵向或环向密加筋的复合材料层合圆柱壳在轴压和侧压下的稳定性和初始后屈曲性能的影响。初始后屈曲分析基于Koiter理论。对几种不同几何参数、壳体铺层和载荷情况的加筋壳的计算表明:在所有情况下,外加筋比内加筋更有效地提高了屈曲载荷;复合材料壳的加筋效率一般都高于各向同性材料加筋壳;壳体的铺层对屈曲和初始后屈曲性能有很大影响。     

阶梯圆柱壳在轴向冲击载荷作用下的屈曲计算分析

建立并求解了阶梯圆柱壳径向位移控制方程,考虑边界条件及相容条件,得到应力波发生反射后阶梯圆柱壳的动态屈曲分叉条件。通过数值计算,分别给出了不同时间段屈曲临界载荷与应力波波阵面到达阶梯圆柱壳的位置、阶梯圆柱壳厚径比的关系。数值计算结果表明,阶梯圆柱壳发生轴对称屈曲相对非轴对称屈曲更容易;应力波传播经固定端反射,通过分界面后比通过分界面之前固定端部更难发生屈曲,而冲击端部较易发生屈曲。随着厚径比及厚度比的增大临界载荷也随之增大。质量相同的阶梯圆柱壳与等厚度圆柱壳,应力波经固定端反射通过分界面之前阶梯圆柱壳更易发生屈曲,而通过分界面之后阶梯圆柱壳更难发生屈曲。     

矩形薄板在面内撞击下动力屈曲的实验研究

利用Hopkinson压杆系统对矩形薄板在面内撞击下的动力屈曲进行了实验研究。结果表明矩形薄板存在屈曲后强度,在屈曲发生后面内载荷可以继续增加,通过记录屈曲发生的时间求得临界屈曲长度,并对实验模型进行了理论分析。对比分析结果表明,当压应力波向前传播一定距离后矩形薄板发生局部屈曲,得到的临界屈曲长度与理论计算结果吻合良好。     

复合载荷作用变刚度复合材料回转壳屈曲优化

通过曲线纤维轨迹设计,变刚度复合材料回转壳将拥有比常刚度（直线纤维）回转壳更好的抗屈曲稳定性,为此,研究了复合载荷作用下曲线纤维铺层形式和几何参数对变刚度复合材料回转壳屈曲性能的影响规律。首先根据回转壳横截面圆弧变化改进曲线纤维角度线性描述方法,建立了变刚度复合材料回转壳的参数化有限元模型;其次,结合序列二次响应面方法和回转壳屈曲优化模型,搭建了复合材料回转壳曲线纤维轨迹优化的设计流程;最后,以准各向同性铺层复合材料回转壳为比较基准,对弯扭载荷作用变刚度圆柱壳和轴压、弯矩和扭矩分别作用变刚度椭圆柱壳在不同铺层方式、不同几何参数下的屈曲性能进行了优化比较。结果表明:弯扭载荷作用下,变刚度圆柱壳的屈曲性能随弯矩载荷占比增加而提高,且均好于准各向同性圆柱壳,但扭矩载荷占优时,优化常刚度圆柱壳的屈曲性能更具有优势;不同载荷作用下,具有较小截面方向比的变刚度椭圆柱壳屈曲性能要明显好于对应的准各向同性椭圆柱壳,且横截面越接近圆形,曲线纤维对椭圆柱壳屈曲性能的改善越弱。      

环加肋圆柱壳屈曲分析的有限条法

导出了有限条法分析环加肋圆柱壳在静水压力作用下总体屈曲的计算格式，将环加肋圆柱壳作为一个构造上的正交各向异性壳处理，推导了考虑环向加肋影响后有限条元的正交各向异性弹性矩阵。对两端简支环加助圆柱壳总体屈曲临界载荷的计算表明，本文方法计算结果与解析解符合良好。有限条法是分析密加肋圆柱壳屈曲问题的有效数值方法。     

复合加载条件下环肋柱壳的抗冲击屈曲能力分析

由Ｈａｍｉｔｏｎ变分原理导出非轴对称运动方程,本构关系采用增量理论,借助增量数值解法研究了复合载荷（轴向流－固冲击载荷＋径向均匀外压）条件下环肋圆柱壳的弹塑性动力屈曲。分别采用类似Ｂ－Ｒ准则和Ｓｏｕｔｈｗｅｌｌ方法来确定临界屈曲载荷,讨论了环肋骨和径向均匀压对圆柱壳结构抗冲击屈曲能力的影响。     

环向加筋圆柱壳轴向弹塑性动力屈曲

基于“离散加筋”模型,考虑了大挠度和材料硬化应变率敏感特性的影响,借助增量数值解法研究了环向加筋圆柱壳在轴向流－固冲击载荷作用下的弹塑性动力屈曲。分别采用类似B－R准则和Southwell方法来确定结构动力屈曲临界载荷。讨论了加强筋、材料硬化应变率敏感特性等因素对结构动力屈曲性态和临界载荷的影响。