几何缺陷对HP薄壳性能的影响

针对双曲抛物面(HP)混凝土薄壳结构可能出现的几何缺陷问题,根据假设的几何缺陷函数,采用混凝土弥散开裂模型,通过对存在几何缺陷双曲抛物面薄壳结构性能采用大型通用有限元软件Abaqus进行分析。得出结构中几何缺陷削弱了结构的极限承载力,结构的几何缺陷减小了结构的刚度。     

焊接摩擦过程对加劲板屈曲性能的影响作用分析

先进焊接方法的引进可视为对传统铆接工艺的一个替代方法,在生产中它可以减少制作成本并且减轻结构重量。然而,焊接过程会导致残余应力的产生和构件的扭转,以及焊接连接件的局部失效。本文旨在确定摩擦焊接组装方法对于加劲板强度性能的影响作用。通过试验验证的有限元分析证实,焊接导致的残余应力有很重要的影响,破坏行为及影响量级没有板的初始屈曲行为敏感。     

截锥形薄壳基础的合理型式研究与计算简化方法

本文利用有限元法探讨了截锥形薄壳基础的环梁型式，壳面倾角，地基土弹性模量和泊松比对薄壳基础内力的影响。从而得出了这种基础的合理型式，并在计算比较的基础上给出一个简化计算方法。     

屈曲约束支撑的缺陷影响分析

对屈曲约束支撑在施工过程中容易产生的套管与核心部分间空隙尺寸偏差和核心板厚偏差进行研究。借助ANSYS有限元软件,分析这两类施工缺陷对屈曲约束支撑临界荷载的影响,得出了缺陷影响的曲线和图表,结果表明空隙尺寸偏差和板厚偏差对支撑的弹性临界荷载影响明显,设计和施工过程应该严格控制。另外,文中提供的曲线图表可应用于设计中预估屈曲约束支撑临界荷载,应用有限元方法可拓展屈曲约束支撑的试验研究,减少试验成本。     

初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响

为了研究焊接残余应力和几何初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响,采用有限元软件ABAQUS进行参数分析,参数包括壁板的屈服强度、宽厚比、几何初始缺陷取值大小、是否施加几何初始缺陷和焊接残余应力,并考虑两者耦合作用,给出考虑焊接残余应力和几何初始缺陷后的矩形钢管混凝土柱壁板有效宽度计算公式,并与试验数据进行比较。结果表明:建立的有限元模型能较好地模拟壁板的局部屈曲和屈曲后行为,焊接残余应力和几何初始缺陷都会降低壁板屈曲后强度,且焊接残余应力的影响较大; 不同强度等级的钢材都需要考虑焊接残余应力和几何初始缺陷的影响,对于屈服强度大于460 MPa的高强钢材,当宽厚比大于65时,可以忽略几何初始缺陷的影响; 给出的有效宽度计算公式可以较为准确且偏保守地预测矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度。     

存在初始缺陷的桥梁基桩屈曲分析

针对桥梁基桩在施工过程中可能产生的初始缺陷，指出常规有限元分析方法不能对此进行分析，而非线性有限元方法及失稳路径的弧长法可以较好地解决这个问题，通过ANSYS对桥梁基桩的屈曲计算分析得出存在初始缺陷时桥梁基桩屈曲的规律。     

考虑初始缺陷的结构非线性屈曲承载力分析

应用非线性稳定分析的基本原理,采用Newton-Raphson法结合弧长控制法计算结构的平衡路径,并以柱子为例,具体计算了3种不同初始几何缺陷下,构件非线性屈曲承载力的具体数值,分析了实际工程中对构件初始缺陷进行严格控制的必要性.     

真空引起的薄壁圆筒屈曲压力预测

研究均匀外压力下初始缺陷对圆柱形薄壳结构屈曲性能的影响。对缩尺薄壁圆筒的外形进行分析以测量壳体表面的几何缺陷。有限元分析时将这些初始缺陷考虑在内,并进行静态几何非线性分析。在实验室进行圆筒的倒塌试验,并将试验结果和有限元分析结果进行比较。结果表明,有限元分析能够准确预测圆筒的破坏坍塌压力和后屈曲模态。     

考虑初始缺陷的门式框架的非线性屈曲分析

从轻钢工业厂房及幕墙装饰工程中常见的门式框架为研究对象，利用ANSYS有限元软件进行非线性屈曲分析，并结合工程实例，分析初始缺陷分布不同的几种工况，进行柱脚铰支与固支的工况对比，以讨论门式框架结构对初始缺陷的敏感性。     

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。     

均匀剪力作用下无加劲肋的细长曲面板的屈曲和后屈曲性能

研究平面内剪力作用下曲面板的屈曲和后屈曲性能。回顾经典的弹性屈曲分析,通过对几何和材料非线性的分析,模拟了弹塑性后屈曲性能、及曲率参数和长宽比的影响。通过各种不同大小和级别的缺陷的影响分析,研究缺陷敏感度。随着曲率的增大,弹性临界荷载增大,并且产生不稳定屈曲现象,以及使后屈曲承载力储备减少。微小的初始缺陷都会引起较大曲率的曲面板的初始屈曲,但是几乎不会影响板的极限承载力。     

均匀外压下的锥壳减速机试验

有关壳结构屈曲性能的研究日益增多,尤其是锥壳。然而,有关细长柱端壳体减速机的足尺模型和实际模型的屈曲性能试验研究还较缺乏。试验研究和分析3个锥壳减速机在均匀周边压力下的屈曲性能。进行有限元模拟和理论分析,比较屈曲荷载和变形模式。在研究范围内,收集足尺锥壳减速机的有关数据。     

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。     

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。     

Buckling and postbuckling behavior of unstiffened slender curved plates under uniform shear

Buckling and postbuckling behavior of curved plates under in-plane shear are investigated. After revisiting classic elastic buckling results, the elastoplastic postbuckling behavior and the effects of curvature parameter and aspect ratio are simulated via geometrical and material nonlinear analyses. Imperfection sensitivity is studied for various imperfection shapes and magnitudes. An increase in curvature parameter raises the elastic buckling load, produces unstable buckling and reduces postbuckling reserves. The buckling load and shear capacity are higher in shorter plates. Small initial imperfections are found to have severe effects on the initial buckling load of plates with large curvature parameter, but little effect on ultimate postbuckling capacity.     

A coupled finite element genetic algorithm for optimum design of stiffened liquid-filled steel conical tanks

In the current study an optimum design technique of stiffened liquid-filled steel conical tanks subjected to global and local buckling constraints is developed using a numerical tool that couples a non-linear finite element model developed in-house and a genetic algorithm optimization technique. This numerical tool is an extended version of an earlier one, adapted for the optimum design of unstiffened conical tanks. The design variables considered in the current study are the shell thicknesses, the geometry of the steel vessel as well as the dimensions and number of stiffeners. The developed numerical tool is capable of selecting the set of design variables that leads to optimum safe design. The analysis is conducted twice; first, case of stiffeners free at their bottom edge, which represents the case of retrofitting an existing tank. In the second case the stiffeners are assumed to be anchored to the bottom slab of the tank, which represents the situation of a newly designed tank. Finally, the optimum design of the stiffened tanks is compared to the optimum design of unstiffened tanks computed in a previous study.     

圆锥形壳的弹塑性屈曲

在外部和轴向压力共同作用下,进行短、薄壁、低碳圆锥形钢壳的屈曲分析。将试验得到的等效圆柱形钢壳在轴压和表面压力下的屈曲结果与已有的圆锥钢壳在轴压和表面压力下的屈曲结果进行了对比。给出了数值和试验结果,以及试验、数值模型及承载能力的计算过程。研究结果表明,等效圆柱形钢壳的概念对于低度规圆锥并不适用。得到了关于高度规圆锥形壳和其等效圆柱形壳的稳定曲线。这些曲线不仅提供了强度包络,也得到了屈服包络和塑性区。研究优化了由Esslinger和vanIm-pe提出的设计工具,使之适用于外部压强下圆锥形壳的弹塑性屈曲分析。     

带初始缺陷的平面钢框架的敏感性分析

给出一个门式刚架承载力的敏感性和统计性分析。阐述了包括2个单层受压柱系统的典型稳定性问题,这个系统的要素相互影响,并且结合随机的不完善性,将影响承载力。采用Sobol敏感性分析法研究相互影响的因素。Sobol敏感性分析法应用于区别主要输入的随机缺陷和它们的高阶互动效应对承载力的影响。根据试验结果,考虑了大部分缺陷。采用拉丁超立方抽样方法,实现了对初始缺陷的模拟。几何非线性解决方案提供了数值解。采用梁单元对框架实现网格划分。平面钢框架的柱分别考虑采用2种边界条件。分析了承载力设计值与柱长度系数之间的关系。     

Buckling of cylindrical open-topped steel tanks under wind load

Vertical cylindrical welded steel tanks are typical thin-walled structures which are very susceptible to buckling under wind load. This paper investigates the buckling behavior of open-topped steel tanks under wind load by finite element simulation. The analyses cover six common practical tanks with volumes of 2×10³ m³ to 100×10³ m³ and height-to-diameter ratios H/D<1. The linear elastic bifurcation analyses are first carried out to examine the general buckling behavior of tanks under wind load, together with comparison to that of tanks under uniform pressure and windward positive pressure (only loaded by positive wind pressure in the windward region). The results show that for larger tanks in practical engineering, the stability carrying capacity of wind load is relatively lower. It is also indicated that the buckling behavior of tanks under wind load is governed by the windward positive pressure while wind pressure in other region of tank essentially has no influence on the buckling performance. The geometrically nonlinear analyses are then conducted to investigate the more realistic buckling behavior of tanks under wind load. It is found that the buckling behaviors of perfect tanks and imperfect tanks are much different. The weld induced imperfection only has little influence on the wind buckling behavior while the classical buckling mode imperfection has significant influence, leading to a considerable reduction of wind buckling resistance. The influences of thickness reduction of cylindrical wall, liquid stored in the tank and wind girder on the buckling behavior are also examined. It shows that the thickness reduction of cylindrical wall considerably reduces the wind buckling resistance while sufficient liquid stored in the tank and wind girder significantly increase the wind buckling resistance.     

组合锥形液体贮罐的简化设计方法

组合圆锥-圆柱形壳形式的钢贮罐是一种常见的用于储存液体的压力罐。大部分此类压力罐的破坏都由于钢壳的失稳而引起。引起这些破坏的主要原因是没有适当的设计方法来对这类结构进行设计。在本次研究中,提出了简化的设计方法,以保证静水加载的组合钢罐在发生屈曲时的安全。应用非线性有限元模型进行数值模拟,对大变形和几何缺陷对钢罐稳定性的破坏作用进行分析。采用有限元计算结果与非线性回归分析建立函数,将壳的总应力与膜应力关联起来。采用算例说明了所提议设计方法的应用。