含阻尼杆的中速冲击屈曲性能研究

本文对考虑阻尼的杆在轴向冲击作用下的动力屈曲性能进行了理论分析，通过采用Ｒａｙｌｅｉｇｈ阻尼理论，对动力屈曲控制方程解耦得一变系数微分方程，在分析方程解的基础上，探讨了阻尼对轴向冲击杆动力屈曲性能的影响，揭示了含阻尼结构的动力屈曲现象，定义了动力屈曲准则及确定阻尼杆临界载荷参数的方法．     

混凝土恒定围压下冲击加载实验装置研制

研制可实现混凝土、岩石及土等非均匀材料恒定围压下轴向冲击压缩加载实验装置,研究复杂应力状态下高应变率力学性能。该装置通过围压油缸及轴向油缸对试件施加静水压,利用大直径分离式Hopkinson压杆(SHPB)进行轴向冲击加载,测量恒定围压下材料动态应力-应变曲线。该装置具有冲击加载前试件处于静水压状态、轴向冲击加载过程中试件围压保持恒定不变等优点。结果表明,围压对混凝土材料动态力学性能影响明显。     

冷弯薄壁箱形截面柱在偏心荷载作用下的弹塑性屈曲

本文对冷弯薄壁箱形截面柱分别在常位移梯度偏心加载和常荷载偏心距加载下的弹塑性屈曲后性能进行了全过程屈曲分析。分析中考虑了壁板初曲、截面弯角处冷作硬化以及应力应变曲线的圆滑过渡过柱屈曲后承载能力的影响。采用修正的Ilyushin屈服准则,将线性有限条理论推广应用于解决大挠度、弹塑性稳定问题,不仅大大地减少了计算工作量,而且具有较高的精度。进行了冷弯箱形截面柱的受压试验。试验与理论分析结果比较吻合。     

受轴向冲击圆柱壳非对称屈曲分析

轴向冲击荷载作用下薄壁圆柱壳屈曲变形研究一直受人们关注,探讨其动态响应的特征和机理,不仅可以丰富冲击屈曲研究内容,而且为提高结构的抗冲击能力提供理论基础。众多实验现象表明,圆柱壳在轴向冲击荷载作用下非对称屈曲时截面为规则几何形状,且不只三角形一种模式,也不是随机现象,而具有一定规律性。文章对环向截面屈曲耗能计算进行理论推导,通过分析对比屈曲耗能与折叠边数、圆柱壳半径的关系,根据最小耗能原理,证实变形规律存在,并分析得到,随半径增加圆柱壳非对称屈曲由三角形模式向多边形模式发展,最终有转变为轴对称变形模式的可能。     

关于轴向流—固冲击杆动力塑性失效问题的实验研究

本文对轴向流-固冲击载荷作用下杆的动力塑性失效现象进行了实验研究,分析了轴向流-固冲击杆的弹塑性动力响应特征,观察了动力塑性失效模态。并且,从实验角度定义了临界塑性状态和临界动力塑性失效状态,确定了相应的临界冲击值。     

受刚体碰撞方管柱考虑局部屈曲时的弹塑性冲击荷载

使用壳单元建立方管柱模型,用数值方法跟踪方管柱受到刚体撞击的全过程,得到不同质量比、不同冲击速度时的弹性和弹塑性冲击荷载,比较了方管模型柱和杆模型柱的冲击荷载结果并进行了分析。结果表明:对于弹性方管模型,当质量比越小、冲击速度越大时,冲击荷载峰值越大;接触时间也越长;局部屈曲亦越明显,造成管模型的冲击荷载峰值比相同参数杆模型的冲击荷载峰值降低也越多,因此管模型的冲击荷载峰值和速度不成线性关系。方管中的双向应力波导致管模型的冲击荷载曲线和只有单向应力波的杆模型的曲线有所不同,后者更光滑一些。对于弹塑性方管模型,和弹塑性杆类似,由于塑性的发展,弹塑性管模型的冲击荷载峰值随冲击速度的提高而增大,但是随速度变化的冲击荷载峰值曲线比弹性模型的平缓很多。由于管模型的局部屈曲效应,其弹塑性冲击荷载总是小于杆模型的冲击荷载。冲击速度越大,质量比越小,弹塑性管模型的冲击荷载峰值越大且接触时间越长。     

高温下钢管混凝土SHPB动态力学性能试验研究

采用霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置和特制高温试验炉进行了高温下钢管混凝土的抗冲击性能试验研究,通过测试高温下钢管混凝土的动态强度和应力-应变曲线,揭示温度和冲击速度(应变率)对高温下钢管混凝土动态力学性能的影响规律。试验结果表明,高温下钢管混凝土仍具有良好的抗冲击性能、延性和耗能能力。在该文试验参数范围内,温度作用相比冲击速度的影响更加显著。高温下钢管混凝土动态强度受试件尺寸影响显著,后续研究工作应关注钢管混凝土动态冲击荷载作用下的尺寸效应研究。     

刚性块轴向冲击有限长弹性杆的屈曲问题

本文对具有初速的刚性块与细长弹性杆轴向冲击的屈曲问题进行了研究，应用瑞利－里兹方法求出动态本征方程，从而可近似计算出各种边界条件下杆件发生弹性屈曲时的临界速度，并对有关计算结果作了分析讨论，获得了一些有意义的结论。     

冲击载荷下复合材料层合杆的动力屈曲

研究复合材料层合杆被一质量块以某一速度沿轴向进行碰撞而导致的动力屈曲现象,采用不同的横向剪切理论,并用差分方法对杆的动力屈曲方程进行求解。文中考察了冲击块质量、初挠度、应力波、横向剪切等因素对临界冲击速度以及屈曲模态的影响。     

单层网壳结构弹塑性屈曲分析的离散单元法研究

该文提出离散元塑性区法,即将任意2个球元的接触截面划分成若干小面积,通过各小面积的应力状态描述整个截面的塑性发展过程,较离散元塑性铰法更精确。该文推导了杆系离散元截面应变增量计算公式,建立了截面在三维应力-应变状态下的结构弹塑性本构方程、加卸载准则、截面内力积分公式以及计算分析流程。离散元弹塑性屈曲分析的追踪策略与弹性屈曲分析完全相同,即仍采用离散元力控制法或位移控制法。采用Fortran语言自编程序对若干单层网壳结构算例进行弹塑性屈曲分析,验证了离散元塑性区法的正确性和适用性,拓宽了离散单元法在工程领域的应用范围,为结构分析提供了新路径。     

考虑应力波的轴心压杆冲击分岔屈曲研究

应力波传播对轴心压杆的冲击屈曲有显著影响,目前的相关研究大多未考虑应力波在杆件远端的反射,且认为轴向应力波在波阵面处为固定约束(波前固定)。该做法忽略了杆件无应力段及远端边界条件对杆件冲击屈曲的影响,从理论上看并不严密。对阶跃荷载作用下不同边界条件轴心压杆的动力分岔屈曲进行了分析,以更为合理的波前连续条件代替波前固定对问题进行了求解,得出了杆件弹性及弹塑性冲击分岔屈曲计算结果,获得了一些有价值的结论。     

受静载作用的直杆在轴向冲击载荷下的屈曲

本文研究轴向静力预载荷对直杆受轴向冲击载荷作用时动态屈曲性态的影响,通过对直杆动态屈曲控制方程进行数值求解.文中考查了静力预载荷、冲击载荷速度以及初始几何缺陷对临界冲击载荷的影响.     

轴向压力和分布载荷联合作用下压杆屈曲问题的实用算法EI北大核心CSCD

采用渐进积分法研究了压杆在轴向集中力和轴向分布载荷联合作用下的弹性屈曲问题。推导出了在各种边界条件下,承受轴向集中力和轴向分布载荷时临界力的计算公式。建立了轴向集中力和轴向分布载荷联合作用下压杆的四阶微分方程,用均布载荷作用下梁的四阶微分方程比拟压杆,得到压杆屈曲函数的初函数。将挠度函数代入压杆的四阶微分方程进行积分得到下一次迭代挠度函数。利用相邻两次迭代屈曲模态函数最大挠度相等准则,推导出了临界压力公式。与集中力和分布载荷单独作用下的欧拉临界力公式和贝塞尔函数精确解相比,二、三次迭代就可以达到令人满意的工程要求精度。在轴向压力和分布载荷联合作用下,经过三次迭代,可得到临界力的简洁表达式,对实际工程中的压杆具有重要的指导意义。     

材料应变率对圆柱壳轴向冲击屈曲的影响

研究了轴向冲击载荷作用下材料应变率对圆柱壳弹塑性冲击屈曲的影响,采用Ｋａｒｍａｎ－Ｄｏｎｎｅｌｌ运动方程,本构关系采用增量理论,联立Ｃｏｗｐｅｒ－Ｓｙｍｏｎｄｓ关系,求得相应的动屈服应力,借助增量数值计算方法注解运动方程,计算表明：材料的应变率敏感性显著地提高了结构的抗冲击屈曲能力;基于Ｂ－Ｒ准则的屈曲判断方法和采用Ｓｏｕｔｈｗｅｌｌ方法可以获得一致的临界屈曲载荷。     

围压卸荷条件砂岩动静组合加载碎块分维特性

利用带轴向静压和主动围压加载装置的分离式霍普金森压杆试验设备,研究了砂岩试样在不同轴向静载等级(0MPa~72MPa)、不同冲击能量下的动态力学特性,结合分形理论和能量原理,分析高应力试样破裂块度分布规律及其能量的相关性。试验结果表明:在轴向静载一定的情况下,砂岩试样的动态压缩强度随冲击能量的增大而提高;试样发生临界破坏,冲击能量随轴向静载的增大出现先增加后减小,试样破坏形态由中心破裂向更为复杂的压剪破裂转变;在较高轴向静载下,碎块分维数与冲击能量之间呈现非线性递增关系,表明较小的冲击能量有助于诱发高轴向静载储能释放,提高砂岩试样破碎程度。     

复合加载条件下环肋柱壳的抗冲击屈曲能力分析

由Ｈａｍｉｔｏｎ变分原理导出非轴对称运动方程,本构关系采用增量理论,借助增量数值解法研究了复合载荷（轴向流－固冲击载荷＋径向均匀外压）条件下环肋圆柱壳的弹塑性动力屈曲。分别采用类似Ｂ－Ｒ准则和Ｓｏｕｔｈｗｅｌｌ方法来确定临界屈曲载荷,讨论了环肋骨和径向均匀压对圆柱壳结构抗冲击屈曲能力的影响。     

复合材料层合开顶扁球壳在集中冲击下的非线性动力屈曲

研究了具有刚性中心的复合材料层合开顶扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题。通过增加横向转动惯量项得到中心集中冲击下复合材料层合开顶扁球壳非线性稳定性的控制方程，采用Galerkin方法得到以刚性中心位移表达的冲击动力响应方程，并用Runge-Kutta方法进行数值求解，应用Budiansky-Roth准则（简称B—R准则）确定冲击屈曲的临界荷载；讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合开顶扁球壳冲击屈曲的影响。     

环向加筋圆柱壳轴向弹塑性动力屈曲

基于“离散加筋”模型,考虑了大挠度和材料硬化应变率敏感特性的影响,借助增量数值解法研究了环向加筋圆柱壳在轴向流－固冲击载荷作用下的弹塑性动力屈曲。分别采用类似B－R准则和Southwell方法来确定结构动力屈曲临界载荷。讨论了加强筋、材料硬化应变率敏感特性等因素对结构动力屈曲性态和临界载荷的影响。     

碾压混凝土HJC动态本构模型修正及数值验证

研究高应变率冲击爆炸荷载作用下水工碾压混凝土大坝结构的动力响应,离不开对筑坝材料动态力学特性和本构关系的深入认识。参考实际水工混凝土大坝筑坝材料的配合比和施工方式,制备碾压混凝土试样,分别开展了静态压缩试验和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验,以探求碾压混凝土的动态力学特性。基于静、动态力学试验结果,对目前多用于描述混凝土类材料高应变率下力学行为的HJC模型的强度面、应变率增强效应和破坏准则进行了修正,并利用有限元计算手段,建立SHPB试验的数值模型,以验证修正HJC模型的有效性。结果表明:碾压混凝土在高应变率冲击荷载下的动态力学特性表现出明显的应变率效应,动态压缩强度随应变率增加而提高,且与试样尺寸有关。基于试验数据的改进HJC模型有效预测了碾压混凝土在高应变率冲击荷载作用下的动态力学行为,数值计算得到的重构应力——应变曲线基本与SHPB试验结果吻合,采用最大主应变失效准则模拟得到了与SHPB试验加载过程中接近的试样损伤破坏模式,研究成果可用于碾压混凝土结构的抗冲击爆炸设计中。     

复杂循环路径下钢材弹塑性屈曲行为研究

复杂强震荷载作用下钢管混凝土柱中的钢管受压屈服后易发生局部屈曲,在杆系有限元模型中采用不考虑屈曲影响的钢材本构模型无法准确模拟钢结构构件的地震响应。为研究复杂循环荷载作用下钢材的屈曲行为,该文设计了强度等级分别为Q235和LYP160的30个钢材试件,并设计了多种复杂循环加载路径进行加载,获得了不同复杂循环荷载作用下钢材的弹塑性屈曲行为和应力-应变滞回关系。基于已有文献中的3种钢材循环本构模型:Légeron模型、GA模型和DM模型对试验结果进行对比分析和评价,结果表明:Légeron模型无法模拟钢材受压区服后的屈曲效应,GA模型中受压屈曲时的应力-应变规律与试验结果较为吻合,DM模型中受拉和受压卸载刚度与试验结果较为吻合。