激光辐照金属圆柱壳体热应力分析

研究了激光辐照金属圆柱壳体的热力效应,运用有限元法计算了金属圆柱壳体三维热传导模型的温升与热应力分布,计算中考虑了材料的热学和力学性质的非线性,讨论了几个特定时刻的圆柱壳体内外表面的热应力和热变形。结果表明,光斑边缘附近区域的等效应力最大并随加载时间增加向外移动,圆柱壳体的热变形在光斑区由内表面向外凸出。     

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.     

薄壁回转壳体的弹／粘塑性失稳分析

采用Freudenthal公式^[1]对薄壁回转壳体的弹／粘塑性失稳进行分析，得出薄壁圆柱壳及薄壁球壳体的弹／粘塑性失稳过程中最大应力与时间的表达式，由此计算出的薄壁回转壳体瞬态失稳内压值在工程实际应用中有一定的实用价值。     

横向绕流场中圆柱壳中等弯曲变形问题研究

针对弹性圆柱薄壳与横向绕流场的流固耦合问题,采用相容拉格朗日-欧拉法,建立了中等弯曲问题的理论分析方程组,着重求解壳体的法向位移和流体表面压力系数。结果表明：在横向绕流场作用下,壳体横截面由圆形变形为近似椭圆形,同时,壳体变形也对壳体表面流场压力产生了影响。通过算例,讨论有关参数对壳体法向位移和表面流体压力系数的影响。 最后,应用ANSYS软件对该问题进行了数值模拟,验证了理论解的可信度。     

薄壁构件整体稳定性的有限元模拟

对薄壁构件整体稳定性分析中的薄壁梁单元和壳体单元两种有限元模型的特点进行了讨论,并提出一种新的适用于薄壁构件整体稳定分析的壳体单元模型,该模型可以有效消除各种局部屈曲模态的影响.采用通用有限元软件ANSYS,分别利用壳体单元模型和薄壁梁单元模型,分析了双轴对称截面梁、单轴对称截面梁、轴心受压构件、压弯构件和变截面梁的稳定性,通过与经典解或已有研究结果的比较对有限元模型的可靠性以及存在的问题进行了讨论.通过分析,发现ANSYS的薄壁梁单元模型不能用于分析单轴对称截面梁和压弯构件的弯扭屈曲,同时在分析变截面薄壁构件的稳定性时可能产生较大的误差;常用壳体单元模型可能由于截面的局部屈曲模态不能得到整体屈曲的临界荷载;提出的壳体单元模型可以精确模拟薄壁构件的整体稳定性.此外,提出的壳体单元模型不仅可以用于分析薄壁构件的整体稳定性,也可以作为检验薄壁构件整体稳定理论正确性的重要依据.     

分布轴对称缺陷对薄壁圆柱壳屈曲可靠性影响

为了分析分布轴对称缺陷参量对薄壁圆柱壳屈曲可靠性的影响,根据Budiansky临界解答,建立了具有初始分布轴对称缺陷薄壁圆柱壳体的等效安全余量.利用改进一次二阶矩方法,研究了分布轴对称初始缺陷对薄壁圆柱壳体屈曲安全问题,以可靠度的概念分析了结构屈曲敏感度的问题,分析了基于结构可靠度的薄壁结构屈曲强度评定方法,提出了基于结构可靠度的缺陷敏感度的分析方法,通过结构可靠度指标的变化能够间接地反映结构对缺陷的敏感性.研究表明,基于结构可靠度的不完整薄壁圆柱壳屈曲安全评定方法是可行的,提出的等效安全余量的方法,为复杂安全余量建立和简化结构安全评定提供了参考.     

有限长圆柱壳体声辐射特性影响因素研究

以水下简支薄壳为研究对象，对外力激励下有限长圆柱壳体声辐射特性的影响因素进行了研究.考虑有限长圆柱壳体与声场之间的互耦合，并讨论它们之间的互辐射阻抗对壳体的辐射声压级和表面振动均方速度级的影响，着重分析了壳体的纵横比以及材质对圆柱壳体声辐射特性的影响.数值计算结果表明,结构与声场之间的互辐射阻抗对壳体的辐射声压级有一定的影响，但是对表面振动均方速度级的影响很小；壳体厚度对声辐射特性的影响比长度对声辐射特性的影响更为明显；材质对声辐射特性的影响是不可忽略的因素.     

外壁受刚性约束的外压圆柱壳的稳定性计算

本文利用能量法中的瑞利—里茨法对外壁受刚性约束的外压圆柱壳的稳定性进行了理论分析和计算。针对这类圆柱形壳的可能失稳形式,特别设计出了三个较为合理的位移函数,以此来描述壳体的失稳,从而导出了外壁受刚性约束的外压圆柱壳失稳时的临界压力计算式,并给出了求解问题的计算步骤和实施方案。     

三维编织复合材料圆柱壳的稳定性研究

采用MSC／NASTRAN大型有限元分析软件对含有损伤的三维编织复合材料壳体进行了分析，重点对影响三维编织复合材料圆柱壳体结构稳定性的因素如编织角、损伤程度等进行了研究，给出了相应的数值计算结果。结果表明，编织角、局部损伤、整体损伤对复合材料壳体的稳定性均有重要影响。     

降低低频线谱的阻抗增强环肋圆柱壳结构设计

为降低水下航行体的低频线谱,对环肋圆柱壳进行了阻抗增强设计.基于模态分析理论分析了利用机械阻抗进行振声控制的机理,指出利用肋骨的不等截面、附加阻抗增强设计可以有效抑制圆柱壳的低阶"优势模态";根据阻抗失配和波型转换原理在肋骨腹板上添加振动阻尼物,采用波动理论分析了振动波传递特性,给出了具有高传递损失的阻抗增强肋骨设计方法.在上述基础上,提出一种阻抗增强环肋圆柱壳结构,对该新型肋骨加强圆柱壳振声性能进行了分析.结果表明提出的阻抗增强肋骨环肋圆柱壳不仅可以有效降低壳体振动均方速度,还大幅削弱了低频噪声线谱,具有较好的减振降噪效果.     

大跨度四边支承单层柱面网壳的稳定性能

为拓宽单层柱面网壳的应用跨度,以参数分析作为研究手段,利用通用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对波宽为20m四边支承柱面网壳开展400余例非线性全过程分析,考察屈曲模态、临界荷载、塑性发展分布等特征响应,总结长宽比、矢宽比、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对网壳临界荷载的影响规律.研究结果显示:四边支承柱面网壳的直杆以受弯作用为主,壳面中部是结构的薄弱区域;当长宽比过大时,应通过增设加劲肋提高壳面刚度,加劲肋的间距应使得网壳长宽比保持在1.0为宜;柱面网壳对于初始几何缺陷较为敏感,当缺陷值达到波宽的1/300时,网壳的弹塑性临界荷载将降低30%以上;当荷载呈不对称分布且p/g=1.0时,网壳的临界荷载将降低到均布荷载作用情况下的86%～94%.     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.     

环肋加强变厚度圆柱壳的自由振动

分析了环肋变厚度圆柱壳的自振特性。采用精细时程积分法求解圆柱壳的一阶矩阵微分方程,结合壳体厚度变换矩阵以及由环肋运动微分方程导出的环肋状态向量变换矩阵,建立了环肋变厚度圆柱壳的整体传递矩阵,并依据边界条件获得结构自由振动的频率方程,从而对变厚度环肋圆柱壳进行的自由振动特性进行分析。数值计算结果表明,用该方法处理类似的环肋加强以及变厚度结构的自由振动问题是合理可行的。     

有随机初始缺陷的轴压圆柱薄壳的动力稳定性分析

基于非线性大挠度壳体理论对有初始几何缺陷的轴压圆柱壳导出了Ｄｏｎｎｅｌｌ型偏微分方程；应用Ｒｉｔｚ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ法和动力屈曲准则对圆柱薄壳进行了动力稳定性分析．进一步，为了探索把缺陷敏感理论结合到工程实际中去的途径，应用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法对带有随机初始几何缺陷的轴压圆柱薄壳的动力稳定性进行了可靠性分析．     

单层施威德勒型球面网壳屈曲路径全过程追踪

以单层施威德勒球面网壳为研究对象,通过使用ANSYS有限元程序,利用弧长法进行结构几何非线性计算跟踪后屈曲平衡路径,求出网壳的失稳模态和极限稳定承载力,研究不对称加载对单层网壳极限稳定承载力的影响规律。研究表明：弧长法是网壳结构整体非线性分析的有效方法,能有效地追踪网壳失稳全过程,确定极限稳定承载力;在非对称荷载所占比例较大时,非对称加载比对称加载易引起失稳,设计中非对称荷载起主要控制作用。     

正交各向异性充液圆柱壳的自由振动

本文从三维弹性理论出发，在圆柱坐标下将三个位移分量用正交级数展开，并用Ｆｒｏｂｅｎｉｕｓ方法求解了关于三个未知函数的一个二阶常微分方程组．考虑到内部可压缩流体对柱壳的作用后，可得到两端简支的任意厚度正交各向异性充液圆柱壳非轴对称自由振动的频率方程．给出了若干算例，并与壳体理论的结果作了对比．     

不同纵横均匀外压作用下环肋圆柱壳稳定性分析

环肋圆柱壳结构因其具有的诸多优点,而被广泛应用于工程实际,但随着钢材屈服极限的不断提高,其稳定性问题越来越成为保证结构强度的一个重要指标,因此有必要对其结构的稳定性进行详细的分析.在对受各向均匀外压和单向均匀外压作用下环肋圆柱壳稳定特性的了解、认识和重新分析的基础上,研究了不同纵横均匀外压作用下环肋圆柱壳的稳定特性,得出了不同纵横均匀外压作用下环肋圆柱壳的稳定特性的规律,并在理论分析的基础上绘制了不同纵横均匀外压作用下的环肋圆柱壳随几何参数变化的稳定性曲线,由稳定性曲线给出了能使材料充分得到利用的环肋圆柱壳几何参数的范围.所得到的一些结论不仅能进一步完善环肋圆柱壳的稳定性理论,而且对实际工程设计及计算具有指导意义.     

物理常数及内力位移一般公式——用等效连续法分析网壳

本文推导出网壳的等效连续壳的各项物理常数通用计算公式,适用于任意形式的网格单元;并给出一般形式网格的等效正交各向异性园柱壳的内力和位移计算公式。     

大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防（抗）爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。