矩形薄板在面内随机参数激励下的随机分岔研究

建立了四边简支的矩形薄板在受面内随机激励时的振动模型,并用Galerkin法将该系统化简为二自由度常微分非线性动力学方程组。得出系统的广义能量（Hamilton函数）表达式后,又利用拟不可积Hamilton系统平均理论将方程等价为一个一维的Ito随机扩散过程,并通过计算该系统的最大Lyapunov指数来研究系统的局部随机稳定性,同时利用基于随机扩散过程的奇异边界理论研究了模型的全局稳定性,最后通过稳态概率密度函数的形状变化探讨了系统参数变化对系统随机Hopf分岔的影响。数值模拟结果验证了理论分析的正确性。     

余弦分布压力下矩形薄板的屈曲

针对不同支承条件,两对边受半余弦非线性分布压力下弹性矩形薄板的屈曲问题,进行了分析研究。对于只产生对称变形的矩形薄板,基于辛弹性力学的平面矩形域理论,给出了精确的面内应力分布。运用Galerkin法分析计算了半余弦分布压力下矩形薄板的屈曲载荷。根据各种不同支承矩形薄板弯曲的位移边界条件,借助于符号运算软件Maple,编写了相应的用户计算程序。对九种不同支承组合下的弹性矩形薄板进行了计算,得到了不同长宽比矩形薄板的屈曲载荷系数。通过与已有文献结果的比较表明,该文求解方法是有效和精确的。基于所给出的结果,可望为解决矩形薄板在非线性分布载荷下的屈曲分析提供一种新的研究方法。     

弹性压应力波作用下矩形薄板动力屈曲解析解

根据板的非线性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。求得的屈曲模态与之前文献中用差分解得出的结果吻合良好。     

船体开孔薄板面内剪切屈曲特性研究

船体板材不可避免地存在不同形式的开孔,开孔破坏了结构的连续性,对结构的强度、稳定性具有重要影响,因此研究船体板开孔结构的屈曲特性对保证船舶安全十分重要。在面内载荷作用下,通过画框型剪切夹具、3D全场变形测量-分析系统等对两种不同形式的船体开孔薄板进行剪切屈曲试验,获得了圆形开孔板和方形开孔板的临界屈曲载荷、全场位移/应变信息和拉力-伸长率曲线等;考虑试验夹具的影响,基于Abaqus对不同形式的开孔板进行数值仿真,通过对开孔板进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,获得了两种不同形式船用开孔薄板的屈曲、后屈曲力学响应信息。通过数值仿真与试验结果的对比研究,验证了数值仿真方法的有效性、准确性。在此基础上,重点剖析载荷-伸长率关系、典型时刻板面全场位移、临界屈曲载荷以及开孔边缘的应力分布响应特征,明确了面积等效情况下圆孔和倒圆角方孔对方形薄板剪切稳定性的影响。为船用薄板面内剪切稳定性的试验和仿真研究以及大型船体结构的设计优化、力学性能评估等提供有益参考。     

矩形薄板在面内随机参数激励下的随机稳定性与分岔研究

本文根据小挠度薄板的弹性理论建立了矩形薄板的受面内随机激励的振动模型,并用Galerkin变分法将其化简为常微分非线性动力学方程。又利用拟不可积Hamilton平均理论将方程等价为一个一维的Ito随机微分方程,并通过计算系统的最大Lyapunov指数来研究系统的局部随机稳定性,同时利用奇异边界理论研究了模型的全局稳定性,最后通过稳态概率密度函数的形状研究了系统参数对发生的随机Hopf分岔现象的影响,发现随机Hopf分岔在两个关键值附近发生,数值模拟结果验证了理论分析的正确性。     

携带集中质量的矩形薄板面外非线性动力失稳研究

对于面内对边周期荷载作用下携带集中质量的矩形薄板,当周期荷载的激振频率在板的两倍自振频率附近时,板发生面外参数共振失稳。该文基于薄板大挠度理论,运用伽辽金法推导出携带集中质量的矩形薄板非线性动力失稳的Mathieu-Hill方程,进而求解得到板发生面外参数共振失稳时周期荷载的临界激振频率域以及非线性动力失稳曲线。运用有限元软件进行瞬态分析得到不同激振幅值作用下板发生面外参数共振失稳时周期荷载的最小与最大临界激振频率值,通过与解析解进行对比,验证了计算结果的正确性。研究结果表明:随着集中质量的增加,参数共振失稳的临界激振频率及其不稳定域的宽度逐渐减小,不稳定域的位置逐渐向低激振频率的方向移动;随着集中质量的增加,面外参数共振失稳域的临界激励幅值逐渐增加;随着集中质量所处位置的模态位移增加,不稳定域的宽度减小。     

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。     

矩形薄板面内非线性分布载荷下的辛弹性力学解

用辛弹性力学理论,根据平面矩形域本征向量展开解法,得到了对应于零本征值和非零本征值的本征向量解,以及含待定常数的面内应力分布通解,依据必须满足的应力边界条件,利用符号运算软件Maple,导出了矩形薄板在半余弦分布载荷作用下的面内应力表达式。为了验证方法的有效性和所得到的公式的正确性,具体分析了正方形薄板在两种非线性形式载荷——半余弦和抛物线分布载荷作用下的例子。算例结果与微分求积法及其有限元法得到的数值结果极其相近。基于所给出的结果,可望为工程应用中的屈曲分析提供合理的前期准备。     

矩形薄板在随从力作用下的动力稳定性分析

本文用Levy法和有限差分法相结合,研究了两对边简支、另两对边为三种典型支承任意组合的六种弹性矩形薄板在切向均布随从力作用下的动力稳定性问题.通过数值计算,给出各种支承板的失稳形式及相应的临界载荷,并分析了泊松比、板的边长比对板的失稳形式及临界载荷的影响.     

四边简支钢筋混凝土矩形薄板的热屈曲

基于刚性板和小挠度理论,考虑混凝土的材料非线性,推导了热载作用下钢筋混凝土矩形薄板的平衡方程和稳定方程。给出了四边简支钢筋混凝土矩形薄板在横向变温和温度均匀变化时临界屈曲温度变化的封闭解,并对工程中常见的钢筋混凝土矩形薄板在温度均匀变化时的临界屈曲温度变化进行了计算,讨论了板的材料常数、长宽比和相对厚度对临界屈曲温度变化的影响,从而为工程结构中钢筋混凝土矩形薄板的临界屈曲温度变化的计算提供了理论计算依据。     

随机最优控制下矩形薄板受面内随机参数激励的首次穿越研究

根据建立了四边简支受控矩形薄板受面内高斯白噪声激励的振动模型,并用Galerkin变分法将其化简为二自由度常微分非线性动力学方程。又利用拟不可积Hamilton系统平均理论将方程等价为一个一维的Ito随机过程,随后结合随机动态规划方法,得到了使系统可靠性最大的随机最优控制策略。最后建立了受控系统的条件可靠性函数所满足的Backward Kolmogorov(BK)方程,根据初始条件和边界条件得出数值结果。数值结果表明,随机最优控制对系统的可靠性提升有明显作用     

多跨弹性支承连续矩形薄板屈曲分析

针对钢箱梁和混凝土薄壁箱梁受压翼缘的稳定问题,基于状态-空间向量法,提出了一种用于弹性支承连续矩形薄板弹性屈曲分析的计算方法。与有限条法结果对比,验证了该方法的可靠性。分析了跨间弹性支承刚度和布置以及荷载参数对屈曲的影响,结果表明：跨间弹性支承对连续矩形薄板屈曲影响明显,屈曲系数随着弹性支承刚度的增大呈非线性增长;等间距、等刚度布置弹性支承有利于板的稳定性,弹性支承的刚度或间距差别越大,对板的稳定性越不利;不同荷载工况下,弹性支承刚度-屈曲系数关系曲线的变化规律基本相同,弹性支承刚度较小时,荷载参数对屈曲系数影响显著,单向受压的屈曲系数可达双向等值受压的两倍。     

冲击荷载下弹粘塑性矩形薄板的动力响应

本文用空间有限元、时间差分法分析了受冲击荷载的矩形固支板的动力响应。分析中考虑了大位移引起的几何非线性;塑性、应变强化及应变率效应引起的材料非线性的影响。     

矩形磁流变弹性薄板的动力稳定性分析

磁流变弹性体材料制成的构件在机械荷载和强磁场共同作用下时,材料的弹性模量随外加磁场的变化而变化,构件的变形也使得构件内、外的磁场随之改变,因此这是一个耦合场问题,而且本构关系是非线性的。在载流薄板的运动方程、物理方程及磁流变本构关系的基础上,导出了由磁流变弹性体制成的薄板在电磁场与机械荷载共同作用下的磁弹性动力屈曲方程,应用Galerkin原理将屈曲方程整理为Mathieu方程的标准形式,并将动力屈曲问题归结为对Mathieu方程的求解。利用Mathieu方程解的稳定性,及系数λ和η之间的本征关系,导出了磁流变弹性薄板动力屈曲临界状态的判别方程。讨论了磁场强度、薄板厚度、颗粒体积分数、薄板长度等参量对四边简支磁流变弹性薄板临界失稳荷载的影响。     

单向轴压下压电矩形薄板的动态后屈曲问题

利用基于5自由度一阶剪切变形和von Karman几何非线性应变的压电薄板理论,通过双重F0u rier级数展开、Galerkin方法和多尺度方法,获得单向轴压和简支边界条件下压电矩形薄板动态后屈曲问题的解析解.给出了压电薄板动态后屈曲的共振特性曲线,对动态后屈曲的跳跃现象进行了研究.数值分析表明,几何参数和材料参数都对压电板的跳跃特性有显著影响.     

基于二次特征值法的矩形薄板的动力稳定性研究

对于面内对边周期荷载作用下携带集中质量的矩形薄板,当周期荷载的激振频率在板的两倍自振频率附近时,板发生面外参数共振失稳。该文基于薄板大挠度理论,运用伽辽金法推导出携带集中质量的矩形薄板非线性动力失稳的Mathieu-Hill方程,进而求解得到板发生面外参数共振失稳时周期荷载的临界激振频率域以及非线性动力失稳曲线。运用有限元软件进行瞬态分析得到不同激振幅值作用下板发生面外参数共振失稳时周期荷载的最小与最大临界激振频率值,通过与解析解进行对比,验证了计算结果的正确性。研究结果表明：随着集中质量的增加,参数共振失稳的临界激振频率及其不稳定域的宽度逐渐减小,不稳定域的位置逐渐向低激振频率的方向移动;随着集中质量的增加,面外参数共振失稳域的临界激励幅值逐渐增加;随着集中质量所处位置的模态位移增加,不稳定域的宽度减小。     

矩形开孔薄板在压、弯、剪以及弯剪作用下的弹性屈曲

该文分析、开发、验证和总结了单个或多个矩形孔对四边简支板在弯曲、压缩、剪切单独受力以及弯剪复合受力时的临界弹性屈曲应力的影响以及其近似闭合形式表达式。表达式的形式基于经典板稳定理论近似,并通过采用ABAQUS壳体有限元的参数研究得到开发和验证。表达式可作为壳体有限元特征屈曲分析的一种方便的替代方法。有限元参数研究表明,孔会产生独特的屈曲模式,孔间距改变会减少或增加板的临界弹性屈曲应力,且间隔足够大时多孔板屈曲应力可用单孔板计算公式代替。经验证的闭合形式表达式及其相关限制旨在足够通用,以适应工程实践中常见的孔尺寸和间距范围。     

基础竖向周期激励下GFRP圆弧拱面内动力稳定性实验研究

该文为探究铺层角度对基础竖向激励下GFRP圆弧拱平面内动力稳定性能的影响,开展了系统的实验研究。设计了6组不同铺层角度的圆弧拱试件,利用TIRA激振器模拟输出基础竖向周期激励,采用NDI三维动态采集仪采集圆弧拱的竖向动位移,根据测得拱的面内自由振动响应,分别通过快速傅里叶变换和自由衰减法获得拱的自振频率和阻尼比。通过扫频实测了GFRP拱的动力不稳定域边界,并与有限元计算结果进行对比,基本吻合。研究表明：当外部频率约为结构自身频率两倍时,结构会出现激烈的面内反对称振动现象,即为参数共振失稳;当激励加速度小于临界激发加速度时,拱处于定态振动;外激励大于临界激发加速度时,GFRP拱出现参数振动,并且随着加速度的增大,拱的振动愈发激烈;随着铺层角度的增大,拱的自振频率和临界激发加速度逐渐减小,阻尼比与不稳定域范围逐渐增大。     

充液及内空圆柱壳在爆炸荷载下动力屈曲特性研究

采用实验与数值模拟相结合方法,对充液及内空圆柱壳在爆炸载荷下动力屈曲响应特性进行对比研究。将壁厚δ=2.0 mm、外径Φ=100 mm钢圆柱壳（内空及充水）置于75gTNT药柱、200gTNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,获得不同工况下圆柱壳变形破坏模式。利用动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法进行数值计算,分析壳壁屈曲变形过程及壳壁关键点速度、水介质内压力等动态参数。计算结果与实验结果一致性较好。研究表明,由于内充水介质的近似不可压缩性,承受冲击荷载时内压增大,因而参与对外界爆炸冲击载荷抗力作用,圆柱壳抗爆能力显著提高。     

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。