受径向约束细长水平管柱的正弦屈曲

本文首先利用能量变分原理得到了受径向约束水平受压管柱的屈曲微分方程及其应满足的端部边界条件。通过能量方法得到了管柱处于正弦屈曲状态时变形与载荷的关系,并证明了正弦屈曲中管柱的平衡状态是稳定的;求出了初始正弦屈曲的临界载荷和能保持正弦屈曲状态的最大载荷。屈曲微分方程的数值结果与理论解有良好的一致性。     

斜直井内钻柱的非线性螺旋屈曲

基于最小位能原理,研究了斜直井内钻柱的非线性螺旋屈曲问题。利用圆柱面坐标系,使接触非线性问题简化成了纯几何非线性问题。对于上端周向自由,下端铰支的钻柱,用Rayleigh-Ritz法得到了有一定横向载荷作用时,确定螺旋屈曲临界载荷无量纲形式的非线性积分方程。应用符号运算软件Maple10,对具体的工程算例进行了求解。研究发现:该文的计算结果与已有的实验结果吻合,说明钻柱的螺旋屈曲问题是非线性问题,同时也证实了该文的非线性算法的有效性。该方法可用于求解斜直井内的钻柱屈曲问题。     

受横向约束的细长无重管柱在压扭组合作用下的后屈曲分析

井眼中管往的屈曲，将会使钻井、采油生产等作业难以顺利进行，弄清管柱屈曲后的特性对石油工程有重要的实际意义。本文首先建立了受横向约束的管往在轴向载荷和扭矩的作用下的屈曲平衡方程；并对所得四阶非线性常微分方程进行了分析、求解。结果表明，在特定边界条件下，受压扭组合作用的管柱屈曲构形为精确的圆柱螺旋线；并进而得到了管柱屈曲变形与载荷之间的解析关系；本文结果退化后与文献所得结果一致；最后讨论了管柱所受扭矩对螺旋屈曲行为的影响和扭矩对螺旋旋向的影响。     

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。     

变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板的自由振动与屈曲特性

基于经典薄板理论,利用Hamilton原理建立变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板自由振动与屈曲问题的控制微分方程并进行无量纲化。通过一种半解析方法-微分变换法(DTM)研究其无量纲固有频率和屈曲临界载荷特性。采用DTM将其无量纲控制微分方程及边界条件变换为等价的代数方程,得到含有频率和屈曲载荷的特征方程。将该问题退化为面内变刚度矩形板情形,其DTM解与精确解进行对比,结果表明DTM具有非常高的精度和很强的适用性。计算出在不同边界条件下屈曲临界载荷并分析地基刚度变化参数、弹性模量变化参数、密度变化参数、面内载荷和长宽比对矩形板无量纲固有频率的影响,给出了不同边界条件下变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板的前三阶振型。     

弹性地基上受压矩形纳米板的自由振动与屈曲特性

基于Eringen非局部弹性理论和经典薄板理论,利用Hamilton原理推导Winkler-Pasternak弹性地基上面内受压正交各向异性矩形纳米板自由振动的控制微分方程并进行无量纲化。采用一种半解析方法—微分变换法(DTM)将无量纲控制微分方程及边界条件变换为等价的代数方程,得到含有无量纲固有频率和屈曲载荷的特征方程。数值给出了不同边界条件下无量纲地基刚度系数、压力强度、载荷参数、长宽比和纳米尺度对正交各向异性矩形纳米板无量纲固有频率的影响以及不同无量纲地基刚度系数、载荷参数和纳米尺度下的屈曲临界载荷值。结果表明:正交各向异性矩形纳米板的无量纲固有频率随无量纲地基刚度系数、载荷参数和长宽比的增大而增大,随纳米尺度的增大而趋向减小;屈曲临界载荷也随无量纲地基刚度系数的增大而增大,随纳米尺度的增大而减小。     

基于Ansys的双A型瓦楞纸板稳定性分析

目的基于Ansys研究大中型运输包装堆码过程中纸质外围框的双A型瓦楞纸板失稳问题。方法使用Ansys软件并结合APDL语言构建双A型瓦楞纸板有限元模型,然后对该模型进行特征值屈曲分析,得到使纸板发生屈曲的最小临界载荷和屈曲后纸板的变形情况,最后改变纸板的高度与长度,再进行多次特征值屈曲分析,分析纸板的高度和长度与纸板临界屈曲载荷的关系。结果纸板的临界屈曲载荷与纸板的长度成正比,与纸板高度的平方成反比。结论纸质外围框双A型瓦楞纸板更加适合包装高度较低的产品,以减少失稳的可能性,当双A瓦楞纸板所承受的力大于临界屈曲载荷时,可以在瓦楞纸板的外表面添加胶合板加强筋,承担一部分的承载压力,从而使瓦楞受力在临界屈曲载荷之下。     

轴向时变冲击载荷作用下直杆弹性动力屈曲研究

基于应力波理论,用半解析半数值方法对轴向时变冲击载荷作用下的直杆进行研究,给出了一种利用压应力波前附加约束条件求解轴向时变载荷作用下直杆弹性动力屈曲问题的方法。以三角脉冲载荷作用下的直杆为例,对其临界屈曲长度、初始屈曲模态和动力特征参数进行了求解,探讨了脉冲载荷峰值和载荷持续时间对临界屈曲长度和屈曲模态的影响。总结了三角脉冲载荷作用下直杆弹性动力屈曲的规律,并与阶跃载荷作用下的情况进行对比分析,结果与之前文献研究结果吻合良好。     

基于有限元分析的直井中钻柱螺旋屈曲临界载荷定义

采用有限元法对直井中钻柱非线性屈曲控制微分方程进行了求解,力学模型中考虑了钻柱的重力,摒弃了传统分析中的无重力、等螺距和小位移假设,考察了不同边界条件对钻柱屈曲的影响。基于有限元分析的结果给出了钻柱非线性螺旋屈曲临界载荷定义,分析了位移高阶项在钻柱弯矩计算中的影响。分析表明,根据给出的定义确定的钻柱螺旋屈曲临界载荷与实验数据吻合,位移高阶项在弯矩计算中不可忽略。为石油钻采工程中钻柱螺旋屈曲临界载荷的预测提供了一种有效的方法。     

复合材料层合板临界屈曲载荷分散性

基于随机场理论, 将纤维和基体性能以及纤维体积分数作为随机场变量, 利用局部平均法对随机场进行离散。结合MATLAB与ANSYS的PDS模块对复合材料层合板临界屈曲载荷进行Monte-Carlo模拟, 分析各类随机场变量、随机场的相关长度、对称性和边界条件对临界屈曲载荷分散性的影响。结果表明: 不同随机场变量对层合板屈曲载荷分散系数影响的程度不同, 纤维体积分数的影响最大, 其次为纤维性能与基体性能; 屈曲载荷的分散系数存在尺寸效应, 随着板尺寸的增加, 屈曲载荷分散系数逐渐减小; 减小相关长度可有效地减小屈曲载荷的分散系数; 纤维正对称铺设所引起的屈曲载荷分散系数稍大于反对称铺设情况, 而两对边固支板的屈曲载荷分散系数一般大于四边简支板的结果。     

三边简支一边固支矩形薄板动力屈曲解析解

根据板的动力平衡方程和压缩波前附加约束方程,基于双特征参数法和应力波理论,求解了三边简支一边固支矩形薄板在面内轴向冲击载荷作用下动力屈曲位移的解析解。揭示了矩形薄板动力屈曲过程中板的厚宽比、屈曲模态、冲击载荷大小和临界屈曲长度之间的关系。计算结果表明,由于横向惯性效应的存在,动力屈曲的临界载荷要比静力屈曲的大得多。     

高阶剪切变形板理论下FG-GRC板的屈曲和弯曲分析

基于三阶剪切变形板理论(TSDPT)和正弦剪切变形板理论(SSDPT),研究了功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRC)板的屈曲和弯曲行为,并通过与一阶剪切变形板理论(FSDPT)计算结果的比较,分析了TSDPT、SSDPT与FSDPT在FG-GRC板屈曲和弯曲力学行为研究过程中的差异。材料的有效杨氏模量通过修正的Halpin-Tsai微观力学模型估算,有效泊松比通过混合律确定。利用最小势能原理推导出了包含五个未知量的控制方程,并获得了简支FG-GRC矩形板弯曲挠度和临界屈曲载荷Navier形式的解析解。数值结果表明：与TSDPT和SSDPT相比,FSDPT明显高估了FG-X型FG-GRC板的临界屈曲载荷而明显低估了其弯曲挠度,且略微低估了FG-O型FG-GRC板的临界屈曲载荷而略微高估了其弯曲挠度,而UD型和FG-A型FG-GRC板在三种理论下的计算结果几乎完全一致;TSDPT和SSDPT在计算FG-GRC板的弯曲挠度和临界屈曲载荷时结果十分相近;当板的总层数NL小于10层～15层时,弯曲载荷比率和临界屈曲载荷比率的变化非常显著,当总层数NL超过10层～15层时,弯曲载荷比率和临界屈...     

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。     

一维点阵结构轴向压缩破坏模式分析

IsoTruss结构是一种一维的新型复合材料点阵结构,在轻质工程结构中受到关注。该文主要采用数值模拟方法,研究IsoTruss结构轴向压缩下的破坏模式。除材料失效破坏模式外,IsoTruss结构还主要存在两种屈曲破坏模式:局部屈曲破坏和整体屈曲破坏。研究表明,IsoTruss结构的屈曲破坏模式以及屈曲荷载与结构长度和螺旋筋的螺旋角变化相关,该文给出了三种破坏模式下的临界屈曲荷载理论值,并与数值模拟结果进行对比。     

基于圆锥微凸体的结合面法向刚度分形模型研究

将粗糙表面上的微凸体等效为圆锥体,结合分形理论和改进的W-M函数,建立了结合面法向接触刚度分形模型。对模型进行仿真计算,结果表明:结合面无量纲法向接触载荷随着无量纲接触面积、材料塑性指数和无量纲分形粗糙度参数的增大而增大;随着粗糙面分形维数的增大先减小后增大,且在分形维数等于1.5附近时达到最小值;结合面无量纲法向接触刚度随着无量纲法向接触载荷和材料塑性指数的增大而增大;随着无量纲分形粗糙度参数的增大而减小;随着粗糙面分形维数的增大先增大后减小,且在分形维数等于1.6附近时达到最大值。通过与试验数据对比,验证了该模型的正确性,可用于相关的理论分析与计算。     

二维编织复合材料圆柱曲板屈曲性能试验与有限元分析

采用试验和数值模拟方法研究了二维编织复合材料曲板的屈曲性能。为研究曲率半径、长度以及弧长等参数对二维编织复合材料曲板屈曲性能的影响,设计了4组不同曲率半径、长度以及弧长的曲板进行屈曲试验。通过对比4组不同几何尺寸曲板的屈曲载荷与屈曲模态,发现曲率半径减小25%,相应的屈曲载荷增大26.85%,影响最大;弧长增大26.32%,单位面积的屈曲载荷基本不变,屈曲载荷增大23.783%;长度减小42.25%,屈曲载荷提高24.41%。长度对屈曲模态的影响最大,弧长影响次之,曲率半径影响最小。设计相应材料的ASTM标准试验获取材料刚度系数,基于曲板弧形边在飞机结构和试验过程中存在安装和摩擦等影响而存在一定约束,进行曲板四边沿弧线方向存在约束和不存在约束两种简支条件下的屈曲有限元分析。通过试验与有限元的对比,在两种边界条件下模拟载荷能很好地确定试验屈曲载荷的范围。     

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。     

双稳定矩形非对称复合材料层板的跳变研究

对双稳定矩形非对称复合材料层合板两种稳定构型的跳变行为进行了实验和数值研究。通过实验测得中心加载下层合板两种稳定构型跳变的临界载荷, 建立了两种稳定构型的非线性有限元分析模型, 成功预报了层合板固化后的两种稳定构型, 并进一步预报了两种稳定构型的跳变临界载荷, 预报结果与实验结果吻合良好。实验和有限元模拟结果表明, 中心加载下矩形非对称层合板两种构型的临界载荷相差较大, 并且跳变的过程有所差异。      

碳纳米管增强型功能梯度板的屈曲预测

基于一种新的修正偶应力理论,建立了碳纳米管（CNTs）增强型功能梯度板（CNTs/FGP）的屈曲模型。基于最小势能原理和一阶剪切变形理论,推导了该种板模型的平衡微分方程和相应的边界条件,并以四边简支方板的屈曲问题为例,讨论了材料尺度参数、CNTs的体积分数及4种不同CNTs分布形式对CNTs/FGP临界屈曲载荷的影响。结果表明：采用本文模型预测的CNTs/FGP的临界屈曲载荷总是大于传统宏观理论的预测结果,两种理论结果间的差距随着板几何尺寸的减小而逐渐增大;CNTs体积分数的少量增加,即可使板的临界屈曲载荷有明显的提升;CNTs的不同分布形式对临界屈曲载荷有显著的影响,在工程设计中应予以关注。     

瓦楞纸板屁曲临界载荷的一种等效计算方法

为了方便确定屈曲临界载荷,对瓦楞纸板进行合理简化,建立了两种瓦楞纸板的简化模型,并使它们在计算屈曲临界载荷分析方面等效。在有限元分析中,各向同性板模型与正交各向异性板模型相比,减少了建模所需的参数,并可以达到用各向同性板取代瓦楞纸板进行屈曲分析的目的。通过理论计算和有限元分析,结果表明两种简化模型在屈曲临界载荷的分析方面基本等效,误差在5%以内。