材料力学中的两个误差问题

材料力学中的两个误差问题吴国胜（金川有色金属公司职工大学，甘肃金昌市７３７１０３）１第一个误差问题即用薄壁圆筒扭转剪应力公式计算回轴扭转最大剪应力的相对误差及其最大值．薄壁圆筒弹性扭转时，在其任一横截面上存在垂直于半径的，沿周向大小不变、径向均匀分布...     

各向同性材料在纯剪切下的各向异性损伤

本文从各向同性材料的各向异性损伤理论出发,导出了在纯剪切下的损伤因子表达式,并对45号钢作了薄壁圆筒扭转试验,证实各向同性材料确实存在各向异性损伤,其损伤因子D_1和D_2的实验值随剪应力τ和扭转角φ的增加而增大。     

一种新的薄壁杆件单元扭转刚度矩阵

本文提出一种新的薄壁杆件单元扭转刚度矩阵,它能够计及二次剪应力对翘曲变形的影响,并适用于任意剖面(包括开口,闭口和混合剖面)的薄壁杆件。计算表明,这个新的扭转刚度矩阵有相当好的精确度,可以代替Kawai或Gunnlaugsson-Pedersen的刚度矩阵,用于薄壁杆件的有限元静动力分析。     

考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵

推导了薄壁空间梁单元刚度矩阵 ,考虑了双向弯曲及截面约束扭转对杆件轴向变形的影响 ;计算了截面的翘曲变形 ,以及二次剪应力对翘曲变形的影响 ,可适用于任意截面 (包括开口、闭口和混合剖面 )的薄壁杆件。计算结果表明 ,考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵有相当好的精确度 ,可以用于薄壁杆件的静动力分析。     

考虑剪切变形影响的开口薄壁梁约束扭转的扭转角分析

以开口薄壁梁约束扭转分析理论为基础,通过初参数法推导开口薄壁梁在外扭矩作用下产生的扭转角;推导了槽钢扭转剪应力不均匀系数的精确计算公式;为得到与Timoshenko梁理论类似的简化公式,探讨圣维南扭矩可以忽略时的情形,阐述了简化方法与理论解之间的误差来源,定义了剪切变形影响参数。通过具体算例分析跨度、高宽比等参数对扭转角的影响,并与符拉索夫理论、ANSYS壳单元、简化方法的计算结果进行对比。计算结果表明:当弯扭系数、高宽比恒定时,本文方法的解与符拉索夫解的最大误差从跨径为30m的16.15%到跨径为5m的89.5%;当弯扭系数、跨径恒定时,本文方法的解与符拉索夫解的最大误差从高宽比为1的6.9%到高宽比为5的62.44%;随跨径减小或高宽比增大,剪切变形不容忽略。当弯扭系数与跨径的乘积减小到一定值时可以忽略圣维南扭矩从而得到简化公式;高宽比增大,扭转剪应力不均匀系数先减小后增大。     

厚壁圆筒自紧问题的弹粘塑性有限元分析

在双剪应力强度理论的基础上，应用弹粘塑性模型求解厚壁圆筒自紧问题，算例表明，这一算法是可行有效的。     

波形钢腹板组合箱梁约束扭转分析

波形钢腹板箱梁相比于传统混凝土箱梁其扭转效应更为明显，为了更加合理地分析其约束扭转效应，在乌曼斯基第二理论的基础上考虑波形钢腹板的手风琴效应及顶底板对腹板的约束作用，通过截面等效的途径，推导了约束扭转正应力和二次剪应力的计算公式，数值算例和ANSYS有限元分析验证了所推导公式的正确性。引入正应力系数反映约束扭转正应力与弯曲正应力的占比关系，引入剪应力系数反映二次剪应力对扭转总剪应力的影响程度。结合数值算例，详细分析了悬臂板宽度和波形钢腹板厚度变化对应力系数的影响规律。研究结果表明，偏心集中荷载作用下，扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力的45%，波形钢腹板上下两端区域内的约束扭转正应力可达到弯曲正应力水平，二次剪应力可达到扭转总剪应力的52%，减小悬臂板宽度和增大波形钢腹板厚度可显著降低二次剪应力。     

各向异性柱体扭转的充分必要的边界积分方程

本文列出各向异性柱体扭转问题无量纲化后的有关方程的边界条件推导和验证了基本解，并指出一些书中基本解列式有误＾［９－１１］，列出了充分必要的边界积分方 程，进行了数据计算，并与习用的边界积分方程所得结果进行了比较，表明在退化值附近，习用的边界积分方程所得的边界剪应力会出现巨大的误差，扭转刚度的误差则要小得多，而充要的边界积分方程计算的结果则如终保持良好的精度，再次显示了它的优点。     

开口薄壁梁的扭转理论与应用

以Vlasov薄壁构件理论为基础, 推导了开口薄壁构件一阶扭转理论. 该理论考虑了翘曲剪应力对截面转角的影响, 截面的转角分为自由翘曲转角和约束剪切转角, 在约束扭转中, St.Venant扭矩仅仅与自由翘曲转角有关, 而翘曲扭矩仅与约束剪切转角有关. 利用半逆解方法求出了约束扭转中薄壁构件的St.Venant扭矩表达公式; 依据能量方法, 建立了约束剪切转角和翘曲扭矩之间的关系, 并提出了翘曲剪切系数概念, 给出了一阶扭转理论的微分方程. 为了有效求解微分方程, 给出了求解微分方程的初参数法方程和相应的影响函数矩阵; 当St.Venant扭矩可以忽略时, 得到与一阶弯曲理论(Timoshenko梁理论)相似的一阶扭转理论简化形式. 最后利用算例证明了一阶扭转理论和简化理论的有效性.      

对矩形截面杆弹性自由扭转的探讨

利用柱体扭转问题的经典弹性力学解析解，结合自编电算程序绘制了沿截面控制线 上剪应力的分布图,同时利用ANSYS有限元分析软件模拟了等直矩形截面杆的自由扭 转问题. 将各种材料力学教材中的截面剪应力分布图与准确计算结果进行了比较，并 对截面剪应力分布规律进行了总结.     

复合材料单闭室薄壁梁弯曲与扭转分析

本文主要讨论复合材料单闭室薄壁梁的弯曲与扭转，重点研究横向剪切和限制翘曲的影响。在复合材料薄壁梁弯曲与扭转经典分析理论的基础上，建立了一种能够考虑横向剪切和限制翘曲影响的复合材料单闭室薄壁梁弯曲与扭转分析方法。     

剪切弹性模量测定的一种方法

复合材料的面内剪切模量 G_(12)和剪切强度S 是工程设计中所需要的重要数据.目前虽有许多测试方法,但各有其优缺点.我们采用常用的±45°偏轴拉伸法、薄壁圆筒扭转法以及具有中心反对称±45°切槽的圆板试件(简称 ...     

热超弹性圆筒的不稳定性

应用有限变形弹性理论分析了受内压和轴向拉伸作用的不可压热超弹性圆筒发生非均 匀变形的不稳定性问题. 受内压和轴向拉力作用的薄壁圆筒，当内压较小时，圆筒发生稳定 的均匀膨胀变形；当内压大于某一临界值时，圆筒产生复杂的非均匀变形，其一部分膨胀变 形很大，形如``灯泡'状，而另一部分仅仅是轻微膨胀，且此时的变形是不稳定的. 但对厚 壁圆筒而言，不论压力如何，总是发生稳定的均匀膨胀变形. 根据圆筒的变形曲线，给出了 圆筒可以发生不稳定变形的临界厚度. 同时，讨论了轴向拉伸和温度场对圆筒变形的影响.     

圆筒外壁双边裂纹扭转问题的应力强度因子计算

本文提出了一组应力函数,用边界配置法计算了含外壁双边裂纹的扭转圆筒的扭转刚度和Ⅲ型应力强度因子.当内孔很小时,计算结果与含双边裂纹扭转圆轴的已知解一致.同时,本文给出了不同几何尺寸下圆筒扭转的计算结果.所用力法可以用于含外壁双边裂纹的不同形状简类结构的扭转问题.     

以开放实验搭建基础力学与实践的纽带 ——以薄壁圆筒应力分析为例

以材料力学中典型的薄壁圆筒应力分析为例,设计了趣味开放实验.基于材料力学和弹性力学基础知识,将该例题结合易拉罐和储气罐等类似结构阐述薄壁圆筒的应力分布,通过理论分析、拉压实验和电测法实验探究了薄壁圆筒的内压和强度,实验结果与理论分析吻合较好.开放实验达成度表明,本项实验具有一定的趣味性和专业性,学生态度积极,综合应用能...     

空间曲梁单元的扭转修正系数研究

三维空间曲梁有限单元模型是模拟曲梁结构的有效数值方法,可以考虑曲梁的弯扭耦合特性,最为符合曲梁的几何和受力特征.由于有限元法采用梁理论的平截面假定,空间曲梁单元上的扭转剪应力分布与实际曲梁截面上的扭转剪应力不同,从而会导致扭转刚度和扭转变形的计算失真.本文基于剪切应变能等效原理,推导了不同长宽比的矩形截面空间曲梁单元的扭转刚度修正系数η和截面边中点处扭转剪应力的修正系数λ,并采用曲线悬臂梁进行了验证.验证结果表明,根据本文提出的η作为校正因子的空间曲梁单元模型,对任意矩形截面曲梁计算的扭转变形均与实体单元模型的结果吻合良好;且只有截面为正方形时,扭转剪应力修正系数η才恰好与弯曲剪应力修正系数(1.2)一致.     

超弹性材料的不稳定性问题

超弹性材料是一类性能独特、不可替代且有广泛工程应用的高分子材料,对其独特的材料不稳定性问题的研究极大地推动了连续介质力学有限变形理论和超弹性理论的发展.综述了超弹性材料中的材料不稳定性问题的研究成果和最新进展,包括Rivlin立方块问题、薄壁球壳和薄壁圆筒的内压膨胀问题、圆柱的扭转问题、块体的表面不稳定性问题、空穴的生成、增长和闭合问题等.阐述了这类材料中各类非线性不稳定性问题的特点、问题的求解、主要结果及今后进一步的研究方向等.      

????????????????????????????

介绍了求解复杂截面闭口薄壁杆件扭转问题的网络理论解法,以普朗特应力函 数解法为基础,通过与电路问题比拟,借鉴了电路理论中的网络理论解法. 本文方法对解决复 杂截面闭口薄壁杆件扭转的工程问题有一定的应用价值. 在教学上,可以起到拓宽学生思路 的作用.     

A NEW SPATIAL THIN-WALLED BEAM ELEMENT INCLUDING TRANSVERSE AND TORSIONAL SHEAR DEFORMATION

基于Timoshenko梁及Benscoter薄壁杆件理论,建立了考虑剪切变形、弯扭耦合以及翘曲剪应力影响的空间任意开闭口薄壁截面梁单元. 通过引入单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采用三节点Lagrange独立插值的方法,考虑了剪切变形和翘曲剪应力的影响并避免了横向剪切锁死问题;借助载荷作用下薄壁梁的截面运动分析,在位移和应变方程中考虑了弯扭耦合的影响. 通过数值算例将该单元的计算结果与理论解以及商用有限元软件和其他文献中的数值解进行对比和验证,结果对比表明该薄壁梁单元具有良好的精度和收敛性.     

图论在复杂断面薄壁杆件扭转极限分析中的应用

1.前言断面具有闭室的薄壁杆件发生塑性扭转时,在极限状态断面上将出现塑性剪流,极限分析成为一个超静定问题.本文利用图论作为工具建立起薄壁断面的图模型,使任意复杂薄壁断面的拓扑性质可用明确的矩阵形式表示.在此基础上,将极限分析的上、下限定理应用于薄壁断面在圣维南扭转时的极限剪流分析,给出上、下限定理线性规划问题的数学表达式,并给出用单纯