集中阶跃载荷作用下层合浅拱的非线性动力屈曲

在考虑几何非线性但忽略横向剪切效应的条件下，给出了复合材料层合浅拱的动力方程，并利用迦辽金法求出了中心集中阶跃载荷作用下，一端铰支，一端固支，正交铺层的对称层合浅拱在计及初始几何缺陷情况下的动力响应，由Ｂ－Ｒ准则分析了动力稳定性，算例表明，初始缺陷对于拱的临界动力载荷有很大的影响。     

开孔复合材料扁球壳的非线性动态响应

复合材料层合壳体在航空、航天、工程结构中得到广泛应用.由于许多结构是在非线性状态下工作的,因此,研究复合材料层合壳体的非线性特性,大挠度变形,非线性屈曲,非线性振动有着十分重要的意义.研究了开孔复合材料层合扁球壳的非线性动态响应问题.建立了对称层合圆柱正交异性开孔扁球壳考虑横向剪切和阻尼的非线性振动微分方程,分析了横向剪切、阻尼、强迫荷载对幅频特性曲线的影响.     

基于模态缺陷的变刚度复合材料圆柱壳屈曲特性

研究了基于自动铺丝技术的变刚度复合材料圆柱壳的屈曲性能和缺陷敏感性。基于丝束剪切/重送技术,提出了可以精确模拟圆柱壳面内重叠/间隙区域的简便算法,使有限元模型更加贴近实际制造过程。开展了复合载荷作用下曲线纤维铺层方式对圆柱壳屈曲性能影响的研究,结合Kriging模型和遗传算法,对纤维角度沿环向和轴向线性变化的铺层设计方式进行了优化。最后,利用改进弧长法对不同模态缺陷条件下变刚度复合材料圆柱壳的缺陷敏感性进行了分析。结果表明:在轴压和均匀外压复合作用下,纤维角度沿轴向变化的铺层方式可以有效提高结构的屈曲性能。当带宽为25.4 mm、T₀=80、T₁=45时变刚度圆柱壳的屈曲性能最优,较基准构型和常刚度最优构型临界屈曲载荷分别提高了70.9%和34.5%。变刚度圆柱壳的抗缺陷敏感性较基准铺层方式和最优常刚度铺层方式得到了提升。因此,变刚度设计可以使复合载荷作用下的圆柱壳结构在提升结构抗屈曲性能的同时降低对几何缺陷的敏感性。     

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．     

有初始缺陷的FGM圆柱壳的非线性动力学分析

研究了有初始几何缺陷的FGM圆柱壳在面内载荷与横向载荷共同作用下的非线性动力学行为。材料组分的体积分数沿厚度方向呈幂律分布。基于Reddy的三阶剪切变形理论,运用Hamilton原理,推导出了FGM圆柱壳振动的非线性偏微分方程;利用Galerkin法离散控制方程,将偏微分方程离转化为常微分方程。为了准确地描述圆柱壳的非线性动力学行为,考虑到了对称模态。通过Runge-Kutta法进行数值仿真,研究了系统的非线性动态响应,并得到了分岔图、最大Lyapunov指数、相图和时间历程图。通过对比有2种不同类型缺陷的数值结果分析了缺陷类型和面内载荷对系统非线性动态响应的影响。     

计及横向剪切效应层合浅拱的非线性动力屈曲方程及其求解

在考虑几何非线性并计及横向剪切效应的条件下，给出了层合复合材料浅拱的动力屈曲方程，利用迦辽金方法，将偏微分经为常微分方程组，从而可求数值解。对于给定的算例，分析了横向剪切效应对浅拱动临界载荷的影响。     

大跨度单层球面网壳的损伤模型及强震失效

为对大跨度单层球面网壳在强震下的失效进行系统的分析,采用考虑材料损伤累积影响的全过程分析方法.考察了大跨度单层球面网壳在强震下失效时刻的多项响应指标随矢跨比、跨度、屋面质量等参数变化的规律,分析了失效极限荷载受这些参数变化的影响,同时讨论了考虑初始几何缺陷对结构失效特征的影响.通过分析发现,单层球面网壳在强震下基本属于动力强度破坏范畴,基于这些强度破坏算例失效时刻的特征响应,分别建立了理想网壳和缺陷网壳的强震损伤模型,可以表征结构在动力荷载下的损伤程度并判定强度破坏极限荷载.     

多层不等厚组合圆柱壳屈曲数值模拟分析

针对大型立式组合圆柱壳结构的几何特征,采用数值模拟方法分析了多层不等厚特征因素对圆柱壳屈曲临界载荷的影响.提出多层不等厚可看成是圆柱壳壳壁上的几何缺陷,在一定程度上会减弱经典圆柱壳的屈曲临界应力水平.建立数个多层不等厚组合圆柱壳的屈曲分析有限元（FEA）模型,初步分析了不同载荷工况下多层组合圆柱壳的屈曲行为,得到相应的屈曲失稳临界载荷,验证了环向应力对组合圆柱壳屈曲的影响规律.结果表明,多层不等厚特征因素可明显降低经典圆柱壳的屈曲临界载荷,其中层数和相邻圆柱壳壁厚差值对屈曲临界载荷的影响最大.     

含口盖复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析

对完整复合材料圆柱壳进行了轴向压缩破坏试验,得到了圆柱壳的载荷-应变曲线和破坏载荷,试验结果表明:在轴压载荷作用下,圆柱壳的破坏形式为屈曲破坏。结合ANSYS有限元软件对复合材料圆柱壳进行屈曲分析,有限元计算结果与试验结果一致,验证了模型和计算方法的有效性。利用所建立的模型,对圆柱壳的铺层顺序进行改进设计,分析了铺层角度对开口圆柱壳屈曲载荷的影响。在开口处加装复合材料口盖进行补强,计算了不同口盖铺层方式下的柱壳屈曲强度。计算结果表明:优化复合材料叠层顺序可提升结构的屈曲载荷,开口后圆柱壳的轴向屈曲载荷大幅降低,加装口盖可使开口圆柱壳的轴向稳定性得到有效的增强。提出了一种提高含口盖的复合材料圆柱壳轴向屈曲强度的改进设计方法,为复合材料壳体的稳定性设计提供参考。     

考虑缺陷的轴压功能梯度材料圆柱壳的弹塑性屈曲分析

针对功能梯度材料圆柱壳的考虑缺陷的弹塑性屈曲问题,采用有限元软件ABAQUS进行了数值模拟与分析。分析中采用叠层模型和TTO模型,充分考虑了材料的物性特性,即材料的物理非线性和前屈曲几何非线性的影响。计算得到缺陷作用下的弹塑性功能梯度材料圆柱壳的屈曲临界荷载和变形模式,研究了壳体厚度、组分参数对屈曲临界状态的影响。     

Effect of matrix cracking on the time delayed buckling of viscoelastic laminated circular cylindrical shells

The effect of matrix cracking on the bifurcation creep buckling of viscoelastic laminated circular cylindrical shells is investigated. The viscoelastic behavior of laminas is modeled by Schapery’s integral constitutive equation with growing matrix cracks. The values of damage variables are correlated to non-dimensional density of matrix cracks relying on the formulas from meso-mechanics approach, and the evolution equation predicting the growth rate of density of matrix cracks is assumed to follow a power type relation with transverse tensile stress. The governing equations for pre-buckling creep deformation and bifurcation buckling of laminated circular cylindrical shells under axial compression are obtained on the basis of the Donnell type shallow shell theory and Kármán-Donnell geometrically nonlinear relationship. Corresponding solution strategy is constructed by integrating finite-difference technique, trigonometric series expansion method and Taylor’s numerical recursive scheme for convolution integration. The bifurcation creep buckling of symmetrically laminated glass-epoxy circular cylindrical shells with matrix creep cracking coupled are examined for various geometrical parameters and parameters of damage evolution as well as boundary conditions. The numerical results show that matrix creep cracking remarkably shortens the critic time of bifurcation buckling and reduces the durable critic loads, and its effects become weak and finally vanish with the increase of the ratio of radius to thickness in the case of short laminated circular cylindrical shells, also the influence of the matrix creep cracking is mainly dependent on the boundary conditions at two ends for moderately long circular cylindrical shells. Supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province (Grant No. 05JJ3008)     

梁在轴向流固冲击作用下的弹塑性动力屈曲

关于梁在流固载荷作用下的动力屈曲问题的理论大多数仅限于材料的弹性范围.该文根据梁的动力屈曲基本方程,采用线性强化弹塑性模型及B-R准则,对梁的弹塑性动力屈曲问题提出了一种简化计算方法.利用该方法,对梁在轴向流固冲击载荷直接作用下的情况进行了近似求解,并对初始几何缺陷和载荷持续时间进行了参数分析.算例结果表明,材料的塑性会降低梁承受动态载荷的能力,弹塑性条件下载何持续时间和几何初始缺陷对其屈曲载荷的影响规律与弹性条件下的变化趋势一致,即载荷持续时间越长,屈曲载荷越小,屈曲载荷越大.     

高阶剪切变形理论下角铺设层合板的大挠度问题

本文根据Reddy的三阶剪切变形理论,导出了该理论下对称角铺设层合板非线性弯曲问题的控制微分方程组,并在四边固支边界条件下,用摄动法对上述微分方程组进行了求解。针对不同的层合板参数进行了大量的数值计算,并与经典弯曲理论下的结果进行了比较,得到一些有意义的结果。     

面内载荷作用下复合材料层合板非线性屈曲

采用广义傅立叶级数法建立了具有弹性约束的复合材料矩形层板在面内载荷作用下的非线性稳定性控制方程组,并简化为矩阵形式。运用广义傅里叶级数法对控制方程组进行求解,得到相应的载荷一中心挠度曲线。计算结果表明：非对称层合板在面内载荷作用下,一般产生的是横向变形,但在一定的铺层顺序、边界条件、受载方式等情况下,也可能发生分叉型屈曲。     

缺陷圆柱壳体外压屈曲的仿真分析

基于Ansys workbench有限元仿真软件,对含初始缺陷的圆柱壳体进行了外压屈曲的仿真研究。首先进行了理想圆柱壳体的特征值屈曲分析,得出前30阶线性屈曲失稳模态作初始几何缺陷。然后基于单一模态缺陷法和组合模态缺陷法建立具有初始几何缺陷的模型,利用有限元仿真分析的非线性稳定算法和弧长法进行非线性屈曲分析。最后设计圆柱壳体静压屈曲实验,得出了临界屈曲载荷。将非线性屈曲分析结果与实验结果、承压结构工程分析方法计算结果作对比分析,结果表明：弧长法与非线性稳定算法相比,预测精度更高;承压结构工程分析方法求出的结果非常保守,临界屈曲载荷远低于实验结果;第1阶模态缺陷不是对圆柱壳体承压能力最不利的初始缺陷,最不利初始缺陷的模态阶数一般为低阶;模型的初始缺陷幅值大小对临界屈曲压力有较大的影响,但对最不利初始缺陷的模态阶数没有影响。2种初始缺陷构造方法都是可行的,但低阶多模态组合缺陷模型具有更精准的预测精度,误差约为3.55%。     

Postbuckling behavior of 3D braided rectangular plates subjected to uniaxial compression and transverse loads in thermal environments

Postbuckling behavior of the 3D braided rectangular plates subjected to uniaxial compression combined with transverse loads in thermal environments is presented.Based on a micro-macro-mechanical model,a 3D braided composite may be treated as a cell system and the geometry of each cell is deeply dependent on its position in the cross-section of the plate.The material properties of the epoxy are expressed as a linear function of temperature.Uniform,linear and nonlinear temperature distributions through the thickness are involved.The lateral pressure(three types of transverse loads,i.e.transverse uniform load;transverse patch load over a central area;and transverse sinusoidal load)is first converted into an initial deflection and the initial geometric imperfection of the plate is taken into account.The governing equations are based on Reddy’s higher-order shear deformation plate theory with a von Kármán-type of kinematic nonlinearity.Two cases of the in-plane boundary conditions are also taken into account.A perturbation technique is employed to determine buckling loads and postbuckling equilibrium paths of simply supported 3D braided rectangular plates.The results reveal that the temperature rise,geometric parameter,fiber volume fraction,braiding angle,the character of the in-plane boundary conditions and different types of initial transverse loads have a significant effect on the buckling and postbuckling behavior of the braided composite plates.     

双轴载荷作用下柱壳的塑性屈曲

采用各向异性刚线性硬化模型研究了柱壳的塑性屈曲问题，当把本构方程的起算点设置在线硬化的起始位置时，本构方程具有线性形式，基此建立了柱壳屈曲的基本方程，并用它求解了四边简支柱壳在双轴载荷作用下的屈曲问题，在弱各项异性情况下获得了最小屈曲载荷的解析表达式．     

爆炸荷载作用下钢框架柱冲击响应与破坏模式的数值模拟

目的运用非线性显示动力学有限元方法分析计算爆炸冲击荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．方法基于有限元分析程序ANSYS／LS—DYNA建立三维有限元模型,分析钢框架柱在3种爆炸荷载作用下可能发生的破坏模式特征及其影响因素．结果壳单元shell163考虑了局部屈曲效应和剪切应变的影响,可以有效模拟在爆炸荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．在荷载峰值相同的情况下,荷载持续时间越长,结构的变形越大;荷载冲量相同时,爆炸荷载峰值压力越高,结构的破坏程度越严重．结论钢框架柱的破坏模式与爆炸荷载的作用特征有关：在冲量荷载作用下,钢框架柱倾向发生柱脚剪切破坏和柱中翼缘屈曲破坏;在动力荷载作用下,钢框架柱则倾向发生柱脚剪切破坏;在准静态荷载作用下易发生整体弯曲屈曲破坏．