3D复合材料纤维搭桥对圆形脱层屈曲的影响

用能量法求解了绑结层合板和编织层合板等3D复合材料中纤维搭桥的椭圆形表面脱层屈曲问题，搭桥纤维被视为连续分布于脱层表面，可提供与脱层屈曲挠度成正比的恢复力的线性弹簧，算例表明，纤维搭桥对提高临界屈曲载荷的作用十分明显。     

变刚度复合材料层合板的力学性能

基于Altair HyperWorks软件二次开发平台,开发了一种层合板变刚度铺放有限元建模工具,并利用该工具对纤维曲线铺放形式的变刚度层合板进行了有限元建模。在平面静力载荷作用工况下,对比直线纤维层合板与变刚度层合板的不同应力分布,得到了应力分布与纤维角度、纤维铺放密度之间的关系;另外,在压缩载荷作用工况下,对比研究了直线纤维层合板与变刚度层合板的临界失效载荷,研究发现变刚度层合板的失效载荷提高了12.68%。纤维的变角度铺放提高了构件的可设计性,增强了其抗失效性能。     

椭圆开孔层合板剪切屈曲仿真预报

为预测不同纤维角度铺层复合材料层合板在中心不同椭圆尺寸开孔下剪切承载能力,利用有限元软件包进行仿真分析.通过改变纤维角度铺层方式和开孔几何参数,得到层合板屈曲载荷变化规律.结果表明(0/90)4和(-45/45)4层合板屈曲特征值随椭圆偏轴角θ=45°对称分布,(-15/75)4和(-30/60)4随θ=45°反对称分布,这主要由于其纤维铺层角度与载荷矢量方向成对称和反对称分布.此外,仿真得到最优椭圆开孔偏轴角度θ为0°,其剪切屈曲特征值随不同椭圆尺寸(c/a=0.1,0.2,0.3)增大而线性减小等规律,这是因为c/a增大扩大了椭圆开孔面积,从而减小了层合板的承载能力.本文最后采用四杆夹具结构进行对角拉伸进行静态加载实验,仿真计算结果和实验屈曲临界值吻合.     

高低温交变湿热环境下外加载荷对不同孔隙率CFRP拉伸力学性能影响

通过高低温交变加速湿热循环试验及有限元模拟,研究了孔隙率和外加载荷对CFRP层合板湿热拉伸力学性能及界面破坏机理的影响.通过控制模压压力,制备出3种孔隙率的层合板;加载载荷分别为层合板最大弯曲载荷的30%、40%和60%.结果表明,孔隙率的增大是导致CFRP层合板湿热老化后拉伸性能大幅下降的主要原因,孔隙率越大,湿热拉伸强度下降越多.外加载荷能加速纤维与树脂基体界面脱粘,使材料湿热拉伸性能进一步下降,而且对不同孔隙率的层合板影响程度不一样,其中影响最大的是孔隙率为0.08的层合板,其次是孔隙率0.04的层合板,影响最小的是孔隙率为0.11的层合板.并且载荷越大,影响也越大,但其对材料湿热拉伸性能的影响远不如孔隙率的影响大.使用ABAQUS软件建立有限元模型,计算得到了层合板的各层拉伸应力分布,结果发现湿热循环导致90°层承受的拉伸应力上升,因此容易发生基体开裂及纤维/基体界面脱粘,导致力学性能下降,这一结果与试验结果相一致.计算得到的拉伸力学强度变化趋势与试验结果相一致.     

纤维增强复合材料层合板承受剪切屈曲的优化设计

本文对四周简支矩形层合板承受剪切屈曲进行了优化计算。层合板由N个单层组成,每个单层厚度均为h,基体材料相同,在与X轴成+a_i、-a_i角的方向辅设了同样数量的纤维。因此,各个单层是一个正交各向异性板。通过平衡方程并应用Galerkin法得到一组线性代数方程组,剪切屈曲载荷以特征值的形式隐含于其中。通过选择层合板各个单层的a_i角,使层合板具有最大的剪切屈曲载衙。本文采用POWELL法,一维搜索使用0.618法,用FORTRANⅣ语言编制了计算程序,在7760计算机上进行了一些算例。     

双参数地基上层合板屈曲问题的半解析解法

采用经典层合板理论，分析弹性地基上复合材料层合板在单向双向受压时的屈曲特性，给出了相应的半解析计算格式，通过实际算例讲座了层合板纤维铺设角，地基参数，边界约束条件，板长宽比，弹性转动刚度等因素对其屈曲特性的影响。     

反对称角铺设夹层板的稳定与振动

用解析法求解简支边界条件下以角铺设层合板为面板的反对称铺设复合材料夹层板的弹性屈曲和横向振动问题,导出了对应于Hoff型夹层板理论的临界载荷和固有频率的计算式。     

用有限元法研究复合材料层合板的热屈曲特性

用有限元法对复合材料层合板的热屈曲特性进行了分析研究，通过对几个算例的分析比较，表明本文的方法是精确的，给出了层合板屈曲的数值结果，并讨论了铺层方向、铺层数量、板的长宽比、温度分布等因素对复合材料层合板热屈曲特性的影响。由此得出了一些有用的结论。     

纤维增强复合材料层合板的屈曲载荷

本文采用双五次B一样条函数,借助于离散型最小二乘配点的加权残数法,分析了简支、固支等多种边界条件下特殊正交各向异性及对称角铺设复合材料层合板在面内承受轴压及剪切力的屈曲载荷。其中这两种层合板的剪切屈曲载荷是首次算得的。计算表明,用样条函数作为加议残数法的试函数,和一般多项式相比,逼近精度高,收敛性及稳定性好,是一种分析复合材料层合板屈曲载荷的有效数值计算方法。     

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.     

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。     

含损伤复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲

为分析损伤对复合材料圆柱壳结构动力性能的影响,该文以一阶剪切变形理论为基础,由Hamilton原理推导出包含横向剪切变形以及初始几何缺陷的圆柱壳的非线性动力方程.复合材料圆柱壳上的初始几何变形以初始几何缺陷的方式描述并引入方程,针对基体破坏子层进行刚度折减,并求得脱层损伤区域的等效刚度矩阵.采用半解析法求解方程,并根据求得的位移响应情况,由B-R准则判定屈曲,确定屈曲临界载荷;分析初始几何变形、伴随脱层及子层基体破坏等损伤形式对复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲的综合影响.     

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.     

FRP轴心受压构件弯曲屈曲临界力计算方法

为分析纤维增强复合材料(简称FRP)轴心受压构件弯曲屈曲临界力,建立了包含176根FRP轴压构件弯曲屈曲试验数据的数据库,总结并评价了目前用于预测FRP轴压构件弯曲屈曲临界力的5种计算模型(欧拉公式、Engesser修正公式、Haringx修正公式、Strongwell公司建议公式及Fiberline公司建议公式)。随后基于FRP构件初始弯曲实测值,提出FRP轴压构件整体稳定系数表达式,并建立考虑初始弯曲影响的FRP轴压构件弯曲屈曲临界力的理论计算模型;同时基于该数据库,通过回归分析建立FRP轴压构件弯曲屈曲临界力经验模型,并采用数据库及数值计算分别验证了上述两种新模型的准确性。最后,对两种新模型预测精度进行分析,结果表明：基于本文试验数据库(截面宽度在25.4～254 mm,高度在25.4～254 mm,有效长度在203～6 300 mm的构件),Strongwell公司建议公式误差最大,欧拉公式、Engesser和Haringx修正公式高估了FRP轴压构件弯曲屈曲临界力,Fiberline公司建议公式低估了弯曲屈曲临界力;本文提出的理论模型及经验模型在预测试验数据库涵盖的截面尺寸及...     

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。     

Stability of axially restrained steel columns under temperature action

The in-plane elastic buckling of a steel column under thermal loading is investigated. The column is pinned at its ends, with two linear elastic springs that model the restraint provided by adjacent members in a structural assemblage or an elastic foundation. Across a section, the temperature is assumed to be linearly distributed. Based on a nonlinear strain-displacement relationship, the energy method is used to obtain the equilibrium and buckling equations. Then the buckling of columns with three different thermal loading cases is studied. The results show that the analytical formulas can be used to evaluate the critical temperature for elastic buckling. The thermal gradient plays a positive role in improving the stability of columns. Comparing these predictions with uniform temperature distribution over cross section, it can be shown that the buckling load is seriously underestimated. It can also be found that axial restraints can significantly affect the column elastic buckling loads. The critical temperature decreases with an increase of restraint stiffness. Furthermore, the effect of axial stiffness increases when increasing the thermal gradients and decreasing the slenderness ratio of columns.     

自重作用下长管柱稳定性分析

详细分析和研究了自重作用下竖直长管柱的屈曲问题,首次用无穷级数法求解了其临界屈曲时的挠曲线微分议程,并同时用能量法给出了其临界屈曲载荷计算公式,认为能量法求解这种情况下的屈曲载荷比较困难和复杂,这主要是由于管柱长度的影响,使得其屈曲形态相当复杂,不容易找到相近的挠曲线函数,如果用含多个待定系数的近似函数去逼近,其计算变得相当繁锁,给出的级数解和能量法如果同时证明了现有文献中所发表的结果偏高。     

A Method for Elastic Shear Buckling Calculation of Curved Bridge Webs

平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲计算

刘素梅,丁汉山

（东南大学 土木工程学院,南京 210096）

创新点说明：

曲线组合梁桥和曲线钢桥在国内外已大量修建,但在曲线桥设计时,平钢腹板的剪切屈曲计算通常采用直桥公式,或仅在直桥公式上新增一个修正系数。本文把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳,采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导了曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。参数分析表明：曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

研究目的：

得出平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲强度计算公式。

研究方法：

把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳进行剪切屈曲分析;

1）采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。

2）针对实桥,确定参数h²/(Rt)的取值范围。给定参数h²/(Rt)和长高比l/h具体数值,利用Matlab程序计算弹性剪切屈曲系数。

3）对弹性剪切屈曲系数进行拟合,得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数拟合公式,进而得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲强度拟合公式。

研究结果：

1）曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。

2）对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。

结论：

本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

关键词：曲线桥;曲线腹板;剪切屈曲;各向同性壳