全地面起重机伸缩臂含几何结构缺陷的非线性屈曲分析

基于Ansys Workbench对单缸插销式伸缩臂进行了含几何结构缺陷的非线性屈曲分析,并通过与线性屈曲分析结果比较,发现含几何结构缺陷的非线性屈曲结果均小于线性屈曲结果。当缺陷因子为0.000 1时,伸缩臂的承载能力下降了5.3%,缺陷因子增大时将导致承载能力继续下降。伸缩臂在加工、制造、运输过程中导致的缺陷总是难免的,故有必要进行含几何结构缺陷的非线性屈曲分析。     

含初始缺陷的加强复合材料圆柱壳的非线性屈曲分析

综合考虑几何非线性、材料非线性、横向剪切效应以及初始几何缺陷等因素，对带有加强筋和加强环的复合材料圆柱壳的屈曲问题进行了分析研究。所得数值结果与有关试验值及其它已知解吻合良好，因而可用于实际工程中加强复合材料圆柱壳的设计计算，同时表明这里给出的本构关系对于弹塑性屈曲分析是适用的，并提出保证结构完整性、改善结构整体屈曲性能的关键是控制制造加工质量，减少初始缺陷。     

大挠度后屈曲倾斜梁结构的非线性力学特性

基于弹性梁的几何非线性大挠度屈曲理论,建立两端固定对称倾斜支撑梁结构的大挠度后屈曲控制微分方程,采用几何非线性隐式变形协调关系来表达强非线性超静定边值问题,得到描述倾斜梁大挠度后屈曲行为的精确解析解.采用数值方法求解含有第一、二类椭圆积分的强非线性微分方程,给出不同倾角梁结构从初始屈曲到后屈曲并发生两态跳转过程中的位形曲线及非线性刚度.根据最小能量原理和挠曲线拐点个数,分析对称屈曲模态与非对称屈曲模态之间相互跳转的内在联系及其对结构非线性刚度突变的影响,得到了屈曲模态之间的转换条件.跳转过程的数值仿真表明,倾斜支撑梁结构发生大挠度后屈曲时具有明显的双稳态特性且只出现低阶(1、2阶)屈曲模态,仿真计算结果与试验结果相一致.     

减压塔大开孔结构稳定性分析

应用ANSYS有限元软件对减压塔大开孔结构建立力学模型,并采用特征值、几何非线性以及几何/材料双非线性屈曲分析技术对其在管道弯矩和外压共同作用下的稳定性进行分析。在此基础上,利用ANSYS软件提供的参数化设计语言APDL编写筒体开孔结构稳定性全自动化分析程序,对其在不同弯矩组合下的临界载荷进行分析比较后,最终确定结构的临界外压,并按照JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》对其进行稳定性评定。     

减压塔变径段结构的外压屈曲模拟研究

对某减压塔变径段结构分别采用特征值法及双非线性屈曲模拟方法进行外压稳定性分析,主要研究设置在减压塔变径段不同部位的加强圈对结构外压稳定性可能产生的影响。对于变径段小端连接处设置的组合加强圈,引入随机参数的离散变化,对非线性屈曲模拟过程进行概率分析。通过参数灵敏度分析,研究随机输入的几何参数对临界失稳压力的敏感度变化规律,并且提出了结构改进方案,相关结果可以为减压塔变径段的工程设计提供参考。     

电除尘器壳体的整体承载性能分析

研究电除尘器壳体结构的空间整体承载性能。用有限元方法进行壳体结构的特征值屈曲分析。根据壳体的施工和使用过程,考虑加载路径的影响,分三步施加荷载,进行完善壳体的承载能力非线性分析。将特征值屈曲模态和完善壳体结构的非线性极值点变形模态作为初始缺陷模态,进行带缺陷壳体的承载力非线性分析。特征值屈曲分析表明,结构的前60阶屈曲模态均为发生在立柱连接腹板、墙板和顶板的局部屈曲。完善壳体的非线性分析表明,结构的破坏主要由隔宽柱的弹塑性局部屈曲引起。带缺陷壳体的非线性分析表明,壳体对中间隔宽柱连接腹板上多处局部初始几何缺陷最为敏感,可使其承载力严重降低。电除尘器壳体的空间整体刚度较大,不会出现整体失稳破坏。壳体的失效是源于单个构件的破坏。单个构件失效后,壳体内不会发生内力重分布。工程中现行的平面分析设计方法是合理可行的。     

断裂试样拉伸屈曲行为的试验及非线性有限元分析

除了压杆模型等几何简单的屈曲问题外,复杂结构的屈曲分析一直是有限元模拟中的一个难点。本文利用ANSYS对薄板紧凑拉伸断裂试样的自由屈曲拉伸试验进行了非线性有限元模拟分析。自由屈曲拉伸试验在岛津拉伸试验机上进行,并采用二维数字图像相关方法定量记录了断裂试样的屈曲变形过程。结果表明,利用有限元方法计算得到的拉伸反力与屈曲位移最大误差不超过20%,因此,有限元分析能够较为准确地模拟复杂试样的屈曲行为。     

斜直井中钻柱非线性屈曲分析的有限元增量加权迭代法

建立了直井中有重钻柱非线性屈曲平衡方程及相应的泛函表达式，构造了一种能避免发散并加速收敛的有限元增量加权迭代法求解斜直井中钻柱屈曲问题，首次采用直接求解非线性特征值的方法来分析钻柱屈曲问题。计算结果表明，井斜角和屈曲位移幅值中任意一项增大，钻柱的非线性屈曲临界载荷也随之增大，且呈非线性；重力线密度对屈曲载荷的影响与屈曲状态有关；井壁约束力和特征向量的幅值随屈曲位移幅值增大而增大；扭矩对屈曲的影响很小，可以略去。研究结果为实际钻井作业中屈曲载荷的确定提供了参考。     

立式储液罐象足屈曲的准静态数值模拟

“象足”屈曲现象是大型钢制立式储液罐地震破坏的主要形式之一,它发生在靠近底部的壁板区域。在考虑大变形几何非线性和材料非线性条件下,本文利用非线性有限元法,以轴对称载荷壳单元模型,对一定尺寸范围内的储罐进行了准静态弹塑性屈曲分析。研究了受轴向压应力情况下,环向应力和轴向压缩失稳能力之间的关系。并强调了轴向压力是导致失稳的主导作用。     

简支矩形屈曲薄板非线性振动特性及分叉分析

本文分析参数激励下简支矩形屈曲薄板非线性振动特性及分叉行为。讨论板的几何参数、激励参数对分叉行为的影响。用Ｍａｎｉｋｏｖ法分析全局分叉。     

大开孔外压圆筒失稳行为的有限元分析

针对不同开孔率的大开孔外压圆筒,采用线弹性和弹塑性两种本构关系,利用特征值分析、几何和材料的双非线性分析方法对其失稳行为进行了研究。比较了开孔、接管、加强圈补强等情况下的失稳压力,给出了开孔率d／D为0．4—0．8范围内一系列开孔外压圆筒的失稳压力的计算和有限元算例的对比分析。结果表明：在开孔率0．5以内,半面积补强对外压开孔圆筒的补强是够的。     

碟形封头在外压作用下的屈曲分析

采用有限元法分析了碟形封头在外压作用下的屈曲问题。通过静力学分析观察碟形封头内部的应力分布情况以判断封头发生屈曲的位置,并使用Newton—Raphson法和弧长法对封头进行非线性屈曲分析,追踪碟形封头发生屈曲失稳前后过程,获取其典型的结构特征。最后将稳定安全系数引入到有限元分析结果的处理中,从而得到可以在工程中应用的许用外压载荷。整个分析方法和结论对碟形封头的设计和校核具有实际的工程意义。     

火箭增压管路反拱形破裂膜片仿真分析及试验研究

破裂膜片(其他行业又称“爆破片”)广泛应用于航天领域液体形号中的自生增压管路。反拱带槽形破裂膜片一般采用不锈钢材料,打开方式为结构失稳,在失稳的过程材料破坏打开。针对不锈钢反拱带槽形破裂膜片,采用ABAQUS软件的非线性稳定性分析方法进行了破裂膜片仿真分析;同时,开展了实物产品的加工及试验工作。结果显示,非线性稳定性仿真的方法得到的打开压力与试验结果误差在5%以内,具有一定的工程应用价值。     

Chaotic dynamic analysis of viscoelastic plates

The dynamic buckling of viscoelastic plates with large deflection is investigated in this paper by using chaotic and fractal theory. The material behavior is given in terms of the Boltzmann superposition principle. In order to obtain accurate computation results, the nonlinear integro-differential dynamic equation is changed into an autonomic four-dimensional dynamical system. The numerical time integrations of equations are performed by using the fourth-order Runge–Kutta method. And the Lyapunov exponent spectrum, the fractal dimension of strange attractors and the time evolution of deflection are obtained. The influence of geometry nonlinearity and viscoelastic parameter on the dynamic buckling of viscoelastic plates is discussed.     

基于有限元方法的塔机桁架结构屈曲分析

以塔式起重机的金属结构为主要研究对象,借助有限元平台,从简单杆件的分析入手获得了可行的线性屈曲与非线性屈曲分析的方法与流程,进而以此为基础从不同侧面对塔机桁架结构的屈曲问题进行了详细分析.研究结果表明：考虑载荷偏心和初始位移非线性屈曲分析的结果要比线性特征值屈曲分析的结果更符合实际状态.在塔机上计算时只考虑5％的载荷偏心就使结果比原来小了33％,而在实际情况中由于小车轨道不平、风载荷等原因引起的载荷偏心可能会更严重.     

壳体屈曲分析中关于能力减弱系数的剖析

工程中通常采用有限元中的线性屈曲方法和非线性屈曲方法来求解壳体的屈曲载荷。对于复杂结构(如钢安全壳),若直接采用非线性屈曲方法求解,除计算工作量大外,还不容易得到符合实际要求的临界载荷。因此,工程中常通过线弹性方法来获得符合实际要求的临界载荷。介绍了壳体屈曲的线弹性理论解,然后利用ANSYS软件求解圆柱壳受轴向和侧向外压的屈曲载荷,并与理论解进行了对比;最后通过对比前人的试验结果与线弹性理论得到的上临界值来剖析"能力减弱系数"的含义和合理性。结果表明:采用线弹性方法来求解壳体屈曲问题是可行的,但必须进一步考虑"能力减弱系数"、"安全系数"和"塑性折减系数"后才能得到工程上所需的临界屈曲载荷值。     

Nonlinear elastic buckling and postbuckling of axially compressed functionally graded cylindrical shells

Based on the nonlinear large deflection theory of cylindrical shells as well as the Donnell assumptions, this paper presents nonlinear buckling and postbuckling analyses for axially compressed functionally graded cylindrical shells by using the Ritz energy method and the nonlinear strain-displacement relations of large deformation. The material properties of the shells vary smoothly through the shell thickness according to a power law distribution of the volume fraction of constituent materials. Meanwhile, by taking into account the temperature-dependent material properties, various effects of external thermal environment are also investigated. Numerical results show various effects of the inhomogeneous parameter, dimensional parameters and external thermal environments on nonlinear buckling and postbuckling behaviors. There is a mode-jumping observed after buckling. The present theoretical results are verified by those in the literature.     

铝合金E形截面轴压杆件屈曲分析方法的探讨

分别采用弹性理论公式法、ANSYS软件中的特征值屈曲分析法和非线性屈曲分析法计算两端简支的铝合金E形截面薄壁杆件在轴心受压时的弯扭屈曲临界载荷。计算结果表明,采用梁单元建模并用非线性法对E形截面薄壁杆件进行轴压屈曲分析,是一种既能满足一般工程设计要求又简单易行的计算方法。     

Nonlinear stability analysis of infinitely long laminated cylindrical shallow shells including shear deformation under lateral pressure

This paper presents a theoretical analysis for the various kinds of buckling behaviour of infinitely long laminated cylindrical shallow shells subjected to lateral uniform pressure. The exact solutions of the nonlinear equilibrium equations, in which first-order shear deformation is included, are obtained and the buckling criteria corresponding to different kinds of buckling are constructed taking into account the effects of the transverse shear deformation.     

Wrinkling initiation and growth in modified Yoshida buckling test: Finite element analysis and experimental comparison

Wrinkling is one of the major defects in sheet metal products and may also play a significant role in the wear of the tool. The initiation and growth of wrinkles are influenced by many factors such as stress ratios, mechanical properties of the sheet material, geometry of the workpiece, contact condition, etc. It is difficult to analyze the wrinkling initiation and growth considering all the factors because the effects of the factors are very complex and the wrinkling behavior may show a wide scatter of data even for small deviations of factors. In this study, the bifurcation theory is introduced for the finite element analysis of wrinkling initiation and growth. All the above-mentioned factors are conveniently considered by the finite element method. The wrinkling initiation is found by checking the determinant of the stiffness matrix at each iteration and the wrinkling behavior is analyzed by successive iteration with the perturbed guess along the eigenvector. The effect of magnitude of perturbation on the wrinkling behavior can be avoided by the Newton-type iteration method. The finite element formulation is based on the incremental deformation theory and elastic-plastic material modeling. The finite element analysis is carried out using the continuum-based resultant shell elements considering the anisotropy of the sheet metal. For the verification of the analysis, the postbuckling of columns and circular plates are analyzed by finite element analysis using the bifurcation algorithm introduced in the study, and the results are compared with the exact solutions. In order to investigate the effects of geometry and stress ratio on the wrinkling initiation and growth, a modified Yoshida buckling test is proposed as an improved effective buckling test. In the modified Yoshida buckling test, the dimensions of the sheet specimen are varied to change the stress ratio and the degree of constraint. The finite element analysis is carried out for the modified Yoshida buckling test and compared with the experimental results.