环向加筋夹层圆柱壳体应力计算方法

针对环向加筋夹层圆柱壳体的应力计算问题，本文提出内、外壳板纵向力计算模型，建立了环向加筋夹层圆柱壳体在外压载荷作用下的应力解析计算方法，计算结果与有限元结果吻合较好；以10%误差(解析应力值与有限元值的偏差)为衡准，初步提出该方法的适用条件；同时系统探究了各形状参数对环向加筋夹层圆柱壳体关键位置应力的影响规律。为超大潜深新型耐压结构设计提供理论基础。     

圆柱壳结构外压弹塑性稳定性问题的半解析有限元法

本文综合考虑了几何、物理双重非线性因素的影响,对圆柱壳结构在承受外压作用下发生失稳屈曲进行了研究。几何方程采用大位移的应变位移关系,物理方程采用弹塑性分析的应力应变关系,导出了圆柱壳单元弹塑性分析的切线刚度矩阵。计算中,为了追踪失稳屈曲完整的平衡路径,在位于极值点邻域内的每一增量步中,我们采用控制弧长约束下的增量一迭代法进行计算,使计算效率大大提高。     

中厚圆柱壳弯曲问题的位移解

目前在壳体的计算中,多采用经典的薄壳理论,即不考虑剪切变形的影响.然而,随着复合材料层合结构的广泛应用,在板壳理论中考虑横向剪切变形的影响显的愈来愈重要.提出了中厚壳圆柱壳的位移解法,首先基于圆柱壳的一阶精确理论,通过引入三个位移函数,同时运用柯西-黎曼条件,推导出了中厚圆柱壳的控制微分方程,并给出了方程的解和相应的数值结果.所得结果符合力学规律,为中厚圆柱壳弯曲问题的研究提供了理论基础.     

用张量分析方法推导含偶应力弹性力学有限元理论

经典弹性力学理论用位移梯度表示无限小变形,不考虑旋转变形,把微元体的旋转视为刚体旋转。含偶应力弹性力学理论将旋转变形以旋转张量表示,微元体旋转和微元体平动位移同量级,而旋转张量和应变张量同量级,旋转张量与旋转矢量一一对应,用旋转矢量的梯度表示旋转变形。含偶应力弹性力学理论本构关系包括应力-应变关系和偶应力-曲率张量关系,用等参变换方法离散单元位移到节点上,从虚功原理出发,增加罚函数项以降低有限元方程对高阶单元的需求,推导了拟解决三维及二维问题的含偶应力弹性线力学有限元理论,可得三维及二维问题中位移、应力、应变等分布情况,对结构进行力学评价。     

蜂窝夹芯圆柱壳在冲击内压作用下的轴对称动态响应

文章应用弹性动力学理论研究了蜂窝夹芯圆柱壳在冲击内压作用下的轴对称动态响应。首先,依据均匀化理论将蜂窝夹芯材料等效为均匀连续的正交各向异性材料;其次,把动态径向位移分解为准静态部分和动态部分,推导蜂窝夹芯圆柱壳动态响应的解析表达式;最后,用有限元模拟蜂窝夹芯圆柱壳在冲击内压作用下的动态响应,并与数值结果对比。研究结果表明,这种方法计算冲击内压作用下蜂窝夹芯圆柱壳的动态响应结果精确可靠。     

柔性结构非线性分析的杆单元有限元法

本文根据非线性弹性理论，采用拉格朗日坐标描述法，在三维整体坐标系下，直接根据应变的定义建立了精确应变的非线性几何关系，从而可以考虑任意次高阶位移的影响，得到了轴向应力应变的直接关系，根据虚功原理推导了杆单元非线性有限元增量方程及切线刚度矩阵，利用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法进行了实例计算，结果表明本法精度很高，适合于柔性结构分析，设计时采用。     

轴对称拉伸试件的大应变弹塑性有限元分析

本文用大应变弹塑性有限元程序对圆柱光滑拉伸试件和圆柱切口拉伸试件在单调载荷作用下的变形场、应力场和颈缩外形的变化等响应作了计算模拟,发现颈缩发生后光滑试件颈部最小横截面的轴向应变不再保持均匀一致,周向应变与径向应变不再相等也不再是均匀分布。当颈缩程度很深时,颈部最小横截面中心与边缘处的轴向应变相差和边缘处周向应变与径向应变两者的相差都可大于20%。这表明,在这种情形下Bridgman公式所赖以建立的基本假设有相当大的误差。本文提出了一种用试探曲线和Hermite插值配合大应变弹塑性有限元数值模拟并与实验相结合逐步求出颈缩后材料的应力应变曲线和颈部应力应变分布的方法,可用于材料的韧性断裂研究。     

复杂边界条件下圆柱壳结构瞬态振动特性分析

针对复杂边界条件下圆柱壳结构瞬态振动特性研究不足,本文提出一种半解析法分析圆柱壳结构的瞬态振动特性。基于区域能量分解法和Reissner-Naghdi's线性薄壳理论,将柱壳沿壳体的母线方向分解为若干子壳段,并推导出圆柱壳结构一般边界条件下的求解模型。柱壳结构的位移函数用Chebyshev行列式和傅里叶级数表示,并引入最小二乘残差来消除计算的不稳定性。对柱壳结构进行瞬态振动特性分析,通过与有限元仿真计算结果对比验证了本文方法的有效性,结果表明:同一频段范围,结构厚度越小,位移曲线峰值越多,瞬态响应越大;损耗因子主要影响结构的共振峰值,对结构固有频率的影响较小。     

功能梯度材料圆柱壳基于变分渐近法的高保真简化模型

为有效分析涂覆型功能梯度圆柱壳顶面作用正弦荷载下的响应,基于变分渐近方法（VAM）建立高保真简化模型。根据Hamilton扩展原则建立功能梯度材料圆柱壳3维能量方程;利用壳体固有小参数将3维能量渐近扩展为系列2维近似能量方程,并将近似能量转换为工程常用的Reissner-Mindlin模型形式;提供重构关系以准确预测沿厚度方向的3维场分布。通过SiC-Al功能梯度面层-均质基层圆柱壳顶面作用正弦分布荷载的柱形弯曲算例验证,基于该理论和模型重构的位移和应力分量与3维精确解相一致;在应变很小时,可考虑任意大位移和全局旋转,并可准确捕捉翘曲几何非线性。     

火灾下钢筋混凝土楼板的薄膜效应分析

为了研究火灾下钢筋混凝土楼板的抗火性能.根据材料在不同温度的本构模型,对考虑薄膜作用的火灾下钢筋混凝土板进行了分析.通过分析板块中面的平衡方程及位移协调方程,建立了由板位移和Airy应力函数表示的2个微分控制方程.采用二重Fourier级数解推导了火灾作用下楼板的位移、薄膜力以及应力一应变的表达式.所得的计算结果与试验结果吻合较好.该研究为考虑薄膜效应时楼板的抗火设计提供了参考,对发挥楼板的抗火潜能、降低结构抗火成本有重要意义.     

硬盖板、外贴式圆管型PVDF水听器轴向加速度响应的理论分析

本文从分析水听器基衬的径长、耦合振动入手,建立基衬的运动方程.然后根据边界条件求得基衬的位移、应变和应力.最后由PVDF与基衬粘接处应变连续条件和压电方程导出圆管型PVDF水听器的轴向加速度响应的数学表达式,并进行了数值计算和实验验证.理论计算与实验测试结果相吻合,     

黏弹性饱和土中隧道在爆炸荷载作用下的动力响应

为了给隧道的抗爆防护设计提供理论依据,采用解析法研究了爆炸荷载作用下黏弹性饱和土体中圆形隧道的动力响应问题.假定爆炸发生在圆形隧道中心处,爆炸荷载采用峰值递减的三段突加三角形荷载,应用Biot波动方程模拟饱和土体,将土骨架视为Kelvin Voigt饱和土体,衬砌运动方程基于Flügge壳体理论,通过引入势函数,利用Laplace变换及数值逆变换,得到爆炸荷载作用下土体响应的时域计算结果,给出了在不同土体渗透性参数b*时的黏弹性饱和土中位移、应力的时程曲线,并与单相介质进行了对比;讨论了黏滞阻尼系数η对黏弹性饱和土中位移和应力响应的影响.数值分析结果表明：在爆炸荷载作用下,b*越大,位移和应力幅值振荡越显著,黏弹性饱和土中应力和位移响应幅值小于单相介质;在黏弹性饱和土中,η值越大,波衰减越快,位移和应力响应峰值越小.     

土体循环塑性模型的动力有限元分析

在简要介绍基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型与土体动力有限元分析原理与计算方法的基础上，将循环塑性模型的本构方程结合进土体的动力平衡方程中，用无条件稳定的隐式积分(Newmark)法求解动力方程，建立了基于循环塑性模型的土体有限元动力分析方法；编制了相应的弹塑性动力有限元程序，程序用FORTRAN语言编写，采用模块结构，可求解连续介质在平面应力、平面应变和轴对称情况下的动力反应问题；最后利用所编程序对水平自由场地的饱和沙层在基岩加速度作用下的动力响应问题进行计算分析。通过对孔隙水压力发展时程、加速度响应时程与剪应力响应时程等计算结果的分析比较，初步验证了模型与程序用于实际计算的可行性和可靠性。     

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.     

三峡水电站引水压力钢管焊接残余应力计算

根据板壳和圆柱壳体理论 ,以及焊接收缩力模型 ,推出圆柱壳体类构件环缝焊接残余应力的计算公式 .用所导出的公式 ,对三峡水电站引水压力钢管环缝焊接残余应力作了计算 ,其计算结果与有关权威资料计算、测试结果吻合 .本计算结果为分析三峡引水压力钢管焊接残余应力的影响 ,以及焊接工艺设计 ,提供了理论参考 .     

静力触探工作特性的大变形弹塑性数值分析

以有限元软件ABAQUS为分析工具,考虑土体剪胀性质和大变形特性,数值模拟静力触探探入后周围土体内的响应,探讨了探头的尺寸效应,并对比分析了分别基于大小应变定义的各响应分析结果.结果表明:在其他条件相同的情况了,锥体面积的增加会导致锥头阻力的降低;大应变理论在锥尖处周围土体内的各应力响应有骤增现象明显,且径向位移分布与基于小应变的解答差异明显.     

基于偶应力理论的高阶弹塑性本构模型的无网格法

高阶连续理论包含材料内禀特征长度,可以反映材料尺度效应或微尺度特征对宏观性能的影响,但是,高阶连续理论需要考虑位移的高阶导数,给数值模拟带来很大困难。利用无网格法能够方便构造具有高阶连续特征形函数的优点,建立基于偶应力理论的高阶弹塑性本构模型的无网格法,对二维悬臂梁弯曲变形进行数值模拟,并分析了结构变形中的尺度效应。结果表明:无网格法计算结果与有限元软件ANSYS计算结果相吻合,且尺度因子对结构变形有一定的影响。     

随机参数板梁组合结构有限元分析的随机因子法

以随机物理参数板梁组合结构为对象,研究了其在随机力作用下的有限元分析方法．利用随机因子法,建立了结构的弹性模量和外载荷同时具有随机性时结构的有限元方程;利用代数综合法推导出结构位移和应力响应的均值、方差的计算表达式．通过算例,分析了结构物理参数和外载荷的随机性对结构位移和应力响应的影响,并验证了文中模型和方法的合理性与可行性．     

利用位移法进行轴向冲击响应有限元分析

为模拟固体火箭发动机的轴向冲击响应，给固体火箭发动机的设计提供一定依据,在模态分析的基础上，利用基于位移法的有限元方法对轴向冲击响应进行分析.计算得到位移、应力及应变等的结果与试验结果基本吻合.由此得到结论：基于位移法的有限元方法适用于进行固体火箭发动机的轴向冲击响应分析计算，能够为固体火箭发动机的设计提供参考依据.     

钢筋混凝土圆形浅仓仓顶结构优化设计研究

以顺德粮食产业园项目为背景,对圆形浅仓仓顶结构进行了优化设计研究。通过理论计算和数值模拟两种计算方法,对锥形壳体壳壁在不同倾角下的结构内力进行了系统研究和对比分析。研究结果表明:锥形壳体环向力上部为压应力下部为拉应力,径向力为压应力,理论计算方法的环向力计算结果与实际不符,建议修正相关理论计算方法;随着倾角的减小,环向力、径向力增大且变化速率加快,综合考虑结构受力、施工和使用情况,以将倾角控制在18°~25°为宜;壳体下部环向受拉区及外环梁需按计算配置受拉钢筋。研究结果对RC圆形浅仓仓顶结构优化设计有所裨益。