轴压下薄壁圆柱形壳屈曲试验承载力的准确可靠预测方法

论述了一种能可靠并准确预测偏心荷载下薄壁圆柱形壳屈曲试验的方法。详细描述了试验装置和试件,包括用配套的设备测量试件表面的几何缺陷。为了精确地预测屈曲试验的荷载,根据不同的复杂度建立了不同的有限元模型模拟试验装置,并研究了初始几何缺陷、荷载偏心、沿柱圆周方向的荷载偏心位置和影响边界条件的不同试验装置对屈曲承载力的影响。解释了具有简单刚性支座的有限元模型会过高估计屈曲试验承载力的原因。尽管这些模型均考虑了初始几何缺陷和荷载偏心的影响。作为对比,计算了考虑实际支座条件有限元模型的结果。在有限元模型中,用弹性实体单元模拟固定装置,用面—面接触单元模拟试件与支座间的接触面,计算出的屈曲承载力与试验有着平均约-1.59%的偏离。沿有缺陷薄壁圆柱形柱圆周方向的荷载偏心位置对屈曲承载力有显著影响。     

加气混凝土填充薄壁圆柱形壳轴压下的屈曲分析

研究了部分填充加气混凝土对薄壁圆柱形壳屈曲性能的影响。以往的研究大多局限于100%填充或简单地选定填充混凝土的厚度。这种做法对结构设计并不适宜。为了进一步研究此问题,用瑞利-里兹逼近算法进行理论分析,并提出了能计算从0%填充到100%填充的壳的临界屈曲应力的公式。使用此公式的计算结果与文献的试验结果能良好地吻合。研究表明在薄壁圆柱形壳内填充加气混凝土能提高构件的屈曲强度。同时,提出了一个适用于工程设计的简化公式。研究表明,当加气混凝土厚度超过10%的外壁半径时,增加混凝土用量的经济性较差。     

开孔钢板装配式屈曲约束支撑设计方法研究

文章结合开孔钢板装配式屈曲约束支撑研究成果和相关规范,提出开孔钢板装配式屈曲约束支撑的设计方法,给出其设计流程,并通过4个开孔钢板装配式屈曲约束支撑的拟静力试验对设计方法与流程的合理性和有效性进行验证。试验结果表明提出的开孔钢板装配式屈曲约束支撑设计方法与流程合理有效,可供实际工程使用;根据设计方法与流程得到的开孔钢板装配式屈曲约束支撑力学性能实测值与设计值吻合较好、整体与局部稳定性好,滞回性能稳定、滞回曲线饱满、耗能能力强、承载力对称性和塑性变形能力良好、抗疲劳性能稳定。     

正弦曲线型开孔的蜂窝梁的试验和数值模拟

与标准的圆型开孔相比,这种新型的正弦曲线型开孔的蜂窝梁显示了其独特的性能。对3个有着不同开孔尺寸的梁进行足尺试验。试验旨在观察这些梁的失效模式,从而获得其强度的极限值。这些试验样本确定了可开孔区域的局部失效模式。通过观察两种特定的失效模式发现,有较大开孔样本的失效模式在临界截面转角处的4个塑性铰处发生了变形(空腹桁架屈曲),这种失效模式与矩形开孔的失效模式相似;而有效小开孔的样本则在正弦曲线型开孔的受压面板处发生了局部失稳。为此,建立一个数值模型并根据试验结果进行校正。该数值模型被用于更详细地分析标准开孔的性能,包括在其不同位置的应力分布。试验结果所提供的定性定量信息可用于研究正弦型开孔的蜂窝梁的性能。此数值模型可较为精准地预测试验结果,因此可作为一种工具来更新补充试验结果,从而进一步完善分析模型。     

轴心受压开孔板的屈曲承载力分析

影响开单圆孔薄板屈曲承载力的因素主要包括:板的长宽比、圆孔的尺寸、圆孔的位置及板的边界条件,本文利用通用有限元分析软件ANSYS,在改变其中一个影响因素的条件下,对开孔板的屈曲承载力进行分析,总结出这些因素改变时屈曲承载力的变化趋势,为开孔构件的设计提供一定的参考.     

开孔薄板过屈曲分析的边界元法

从开孔薄板大挠度问题的一般数学理论出发．建立了一组新型边界积分方程用以求解开孔薄板的临界载荷、过屈曲分析。并且从分支理论出发，对离散的边界积分方程进行了分析和求解。通过算例．计算了环形板在中面内受均匀推力．横向为简支、夹紧情况下的屈曲载荷以及过屈曲状态。与已知结果吻合良好．证明边界元法对开孔薄板后屈曲状态的分析是有效的。与区域型解法比较．具有处理的矩阵维数少．输入数据量少．计算时间短等优点。     

开孔板式屈曲约束支撑拟静力滞回性能试验研究

提出一种开孔板式屈曲约束支撑(PPBRB),该支撑核心单元为开孔的一字形钢板,约束套管采用钢板焊接而成,并在端部加设加劲套箍。设计制作4支PPBRB试件,对其进行拟静力滞回性能试验,研究开孔板式屈曲约束支撑滞回耗能能力、承载力性能以及累积塑性变形能力。研究结果表明:该支撑构造合理,滞回曲线饱满,滞回性能稳定,耗能性能优良;支撑端部构造设计合理,能够保证支撑正常工作;铰接与固接的连接方式均能保证支撑性能得到有效发挥。     

正六边形孔蜂窝组合梁腹板纯弯屈曲研究

蜂窝构件具有承载力高、抗弯刚度大和方便穿越管线等优点,近年来广泛应用于各类高层建筑和大跨度结构中.对于蜂窝构件来说,腹板的局部屈曲是其主要破坏模式之一,屈曲会导致腹板局部变形的急速增加,直至退出工作,并可能导致构件整体失稳及结构上的连锁反应.在传统钢结构设计中通过对腹板高厚比进行限制来避免腹板局部屈曲的发生,而蜂窝构件...     

开孔三重钢管防屈曲耗能支撑性能试验研究

设计制作两种开孔三重钢管防屈曲耗能支撑和一种不开孔三重钢管防屈曲耗能支撑试件,并对其进行低周反复加载试验,研究开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的性能、核心钢管开孔与否防屈曲耗能支撑性能的差异、开孔排数对支撑性能的影响以及支撑的恢复力模型和破坏特征,并采用ABAQUS有限元软件对其进行分析。研究结果表明：开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的滞回性能稳定,耗能能力强;核心钢管开孔后降低了支撑的屈服点且增大了支撑的延性;开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的恢复力模型可采用对称的双线性模型来描述;试验结果与有限元分析结果基本吻合。     

Numerical and experimental investigations on buckling of steel cylindrical shells with elliptical cutout subject to axial compression

The effect of cutouts on load-bearing capacity and buckling behavior of cylindrical shells is an essential consideration in their design.In this paper, simulation and analysis of thin steel cylindrical shells of various lengths and diameters with elliptical cutouts have been studied using the finite element method and the effect of cutout position and the length-to-diameter (L/D) and diameter-to-thickness (D/t) ratios on the buckling and post-buckling behavior of cylindrical shells has been investigated. For several specimens, buckling test was performed using an INSTRON 8802 servo hydraulic machine and the results of experimental tests were compared to numerical results. A very good correlation was observed between numerical simulation and experimental results. Finally, based on the experimental and numerical results, formulas are presented for finding the buckling load of these structures.     

风荷载下均匀厚度的锚固柱状壳体的屈曲

与承受均匀外部压力作用下的柱状壳体相比,承受不均匀风压的柱状壳体表现出不同的屈曲性能。不同的长宽比下,会出现相当复杂多样的屈曲模式;线性和非线性屈曲分析的结果也会有很大的不同。相比之下,除了较短的柱体或边界条件发生变化外,在均匀外压力作用下,柱体常出现环向失稳,且受几何变化的影响很小。对风压力下厚度均匀的锚固短柱壳和长度适中的柱壳进行了广泛的研究,旨在获得筒仓和锚固贮水池设计的有用信息,以防止其在风载作用下发生屈曲。线性和非线性有限元分析结果表明,短圆筒中出现环向受压失稳模式。对长度适中的柱,截面出现呈椭圆状的前屈曲对屈曲强度有重要的影响。参考均匀外压下的传统临界值,得到风荷载下线性和非线性临界滞止压力的经验公式。简要探讨了屈服和缺陷敏感性的影响。     

轴向冲击下柱形壳局部和整体动力屈曲

对轴向受压冲击荷载下,柱形壳局部和整体屈曲进行研究。引进哈密尔顿系统,通过哈密尔顿二元方程,采用4对对偶变量,对系统中的基础问题进行数学描述,并归纳为临界荷载的特征值和特征解问题。通过各自的阶数对屈曲模式进行描述,将其分为两类:短波或局部屈曲以及长波或整体屈曲,得到解析与数值的解决方案并给出了一些规则。     

在外部压力作用下长柱壳表面的屈曲分析

主要分析根据不同设计规范对长期均匀力作用下柱壳表面计算结果的差异:尽管柱形壳破坏与外部线荷载作用下环形壳的屈曲破坏看起都是一样的,但是设计规范给出了与环形壳相比显偏小的柱形壳屈曲荷载设计值。欧洲规范3(E1993-1-6)指出了这种情况,并且已经通过数值究确认。研究结果与试验研究进行对比,为长期受外部压力的柱形壳提出设计建议。通过一系列验对计算结果进行验证,试验为提出柱形壳的改评测方法提供了依据。     

Reliable and accurate prediction of the experimental buckling of thin-walled cylindrical shell under an axial load

Reliable and accurate method of the experimental buckling prediction of thin-walled cylindrical shell under an eccentric load is presented. The experimental arrangement and specimens are discussed in detail, including the measurement of the geometric imperfections of the specimen's surface using a coordinate measuring machine. Different FE models, in terms of complexity, are used to simulate the experiment arrangement in an attempt to get a good agreement with the experimental buckling loads and study the effect of measured initial geometric imperfections, load eccentricity, load eccentricity position along the shell's circumferential direction and different experimental arrangement that influence the boundary conditions. It has been demonstrated that FE models with simplified rigid support conditions overestimate the prediction of the experimental buckling load even though these models included the effects of the measured initial geometric imperfections and load eccentricity. By contrast, FE models with realistically modeled support conditions achieved the best result. The average deviation −1.59% from the experimental buckling loads was achieved using the FE model simulating the mounting devices as elastic bodies and with surface-to-surface contact interaction behavior on the support. The presented work also demonstrated the strong influence of the eccentric load position along the imperfect shell's circumferential direction on the buckling of the thin-walled shell.     

Numerical and experimental investigations of the response of aluminum cylinders with a cutout subject to axial compression

Understanding how a cutout influences the load bearing capacity and buckling behavior of a cylindrical shell is critical in the design of structural components used in automobiles, aircrafts, and marine applications. Numerical simulation and analysis of moderately thick and thin unstiffened aluminum cylindrical shells (D/t=45, 450 and L/D=2, 5, 10), having a square cutout, subjected to axial compression were systematically carried out in this paper. The investigation examined the influence of the cutout size, cutout location, and the shell aspect ratio (L/D) on the prebuckling, buckling, and postbuckling responses of the cylindrical shells.An experimental investigation on the moderately thick-walled shells was also carried out. A good correlation was observed between the results obtained from the finite element simulation and the experiments. Furthermore, empirical equations, in the form of a ‘buckling load reduction factor’ were developed using the least square regression method. These simple equations could be used to predict the buckling capacities of several specific types of cylindrical shells with a cutout.     

火灾下椭圆中空截面钢柱有限元数值分析

为对已有的椭圆中空截面(EHS)钢柱性能试验进行补充,该文根据烃类火灾曲线对其进行了数值分析。基于12根EHS钢柱试验建立3D有限元分析(FEM)模型,其中6根钢柱无约束,6根钢柱受到轴向约束,钢柱包含两种长细比λz=40.1和λz=50.8。在校准过程中使用三种不同的荷载水平(αL=0.3,0.45,0.6),测得EHS的温度曲线和轴向位移。将EC3第1～2部分详细描述的高温下碳钢的材料和热力性质,应用于钢结构设计中。轴向位移曲线表明,在校准过程中强调如何判断膨胀系数和几何缺陷时,有限元分析结果和试验结果十分吻合。最后,该文将详细介绍椭圆中空截面钢柱(钢号S355J2H)的热学分析,为综合性参数性火灾研究提供平台。     

扭转作用下有缺陷柱形壳的屈曲和后屈曲性能

分析扭转作用下有缺陷柱形壳的屈曲和后屈曲性能。基于Karman-Donnell-Type非线性微分方程建立计算公式,采用壳屈曲的边界层理论进行分析,以获得能严格满足边界条件的解决方案。采用奇摄动技术,以确定屈曲载荷和后屈曲平衡路径。数值结果显示,目前的理论能对柱形壳的后屈曲性能进行较好评估。同时分析了几何参数对柱形壳的屈曲和后屈曲性能的影响。证实了扭转作用下柱形壳的后屈曲平衡路径并不稳定,并且相对更短的壳体具有更高的后屈曲平衡能力。最后,指出初始缺陷对柱形壳屈曲和后屈曲性能的影响。对具有初始横向挠曲的有缺陷壳体的分析结果显示：即便是非常小的缺陷,也确实会减少屈曲承载力,并使得后屈曲稳定性变差。扭转作用下柱形壳的屈曲和后屈曲性能显示出明显的缺陷敏感性。此外,如果缺陷更大,那么带来的影响也随之会变得更大。