受均布载荷压杆后屈曲形态的数值计算

对受均布载荷压杆的屈曲及后屈曲行为进行了分析.基于杆的大变形理论,考虑杆的轴向伸长,建立了受均布载荷作用下细长压杆的几何非线性平衡方程.采用打靶法和解析延拓法数值求解非线性两点边值问题,得到了杆的后屈曲平衡路径和平衡构形.     

功能梯度压杆后屈曲形态的数值计算

基于轴线可伸长杆的过屈曲精确数学模型,采用打靶法对两端简支功能梯度压杆后屈曲行为进行了数值分析.其中假设功能梯度梁的材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化.给出了不同梯度指标下FGM杆的后屈曲特征曲线,并与金属和陶瓷两种单相材料杆的相应特性进行了比较,分析和讨论了载荷、材料的梯度指数、长细比对杆后屈曲平衡路径的影响.     

圆柱约束下细长压杆屈曲及后屈曲行为

研究了轴向力作用下受圆柱横向约束的弹性杆的屈曲和后屈曲行为。通过有限元模拟,分析了细长压杆发生正弦和螺旋屈曲的轴向临界力,提出了正弦和螺旋屈曲临界点判定方法,且与文献结果比较验证了分析的正确性。同时考察了长细比和边界条件等因素对临界力的影响。结果表明正弦屈曲临界力和螺旋屈曲临界力随杆的长细比减小而增大。杆在一定长度范围内,端部约束条件对临界屈曲载荷及模态的影响不可忽略;当杆的长度足够长时,可以忽略边界条件对临界载荷的影响。     

细长压杆二阶屈曲临界态的数值模拟

竹子轻盈坚韧的特性源自于竹子特殊的天然构造。根据对竹子构造观察所获得的启示,认识到细长压杆二阶屈曲的物理存在性,并通过数值模拟技术加以验证。针对细长压杆潜在的屈曲多向性,设计了一种含有双向引导槽的细长压杆,当杆件受到轴向压力时可以沿着二阶屈曲方向自动产生微曲,继而对细长压杆的二阶屈曲临界态进行探讨和数值模拟,从而进一步从物理角度揭示了细长压杆二阶屈曲临界态的潜在性。计算机数值模拟结果表明:两端铰支二阶屈曲态细长压杆的临界力为一阶屈曲态临界力的3.24倍;经过特殊设计的智能压杆可以自动向着压杆二阶曲线形态屈曲,从而大幅提了高细长压杆的临界压力。关注和挖掘细长压杆高阶屈曲的潜能对某些需使用昂贵材料制作压杆的特殊领域而言,可以大大降低工程成本,并具有着很好的启示意义。     

撑杆式预应力钢压杆屈曲形态函数研究

基于撑杆式预应力钢压杆正对称和反对称两个基本屈曲模态, 给出了相应的 屈曲形态函数, 通过3个典型算例并变化关键参数着重研究了模拟曲线项数, 同时 给出了不对称屈曲的形态函数. 研究表明, 取形态函 数模拟项数为预应力钢压杆节间数, 可以很好满足工程精度.     

弹性基础上的杆在轴压下的二次屈曲

本文研究弹性基础上受轴向加载的两端铰支杆当其最低两屈曲荷载很近时的后屈曲行为。首先,使用Liapunov-Schmidt约化并借助稳定性分析,揭示了杆的二次屈曲现象;基于分叉方程给出了原始后屈曲分支及二次分支的渐近展开。其次,我们使用作者建立的二次分叉的计算方法对杆的二次屈曲做了数值计算,数值结果与渐近展开符合得很好     

关于结构限制失稳的研究进展

限制失稳是指构件失稳时其屈曲变形不能自由发展而受到某种限制性约束的失稳,有时又称单向失稳、接触失稳、约束失稳.这类问题在工业中有大量应用,也是固体力学中的一个经典问题.最常见的实例如应用于地下管道、隧道、压力容器、核反应堆安全壳中的薄衬壳,当薄衬壳发生屈曲时,由于受到外壁的约束,其屈曲行为和一般的壳体屈曲行为不同,这就需要我们发展新的研究方法.另外如受钻井套管横向约束的钻柱的屈曲,复合材料的分层屈曲,电子元器件中的镀层屈曲等也属于限制失稳的范畴.限制失稳问题因其涉及接触问题、单向屈曲、非保守问题等而显得十分复杂,一直没有得到很好的解决.从近年来文献看,限制失稳的研究多集中在压杆、圆环的研究,板、壳的研究相对较少.本文首先简单介绍了限制失稳的一般概念,指出存在的限制约束对结构屈曲特性的影响.然后分别介绍了对于杆、环、板、壳的受限制失稳的研究进展.最后提出了需要进一步深入研究的问题.图11参75      

限制失稳模态方程及约束载荷计算

针对受压限制失稳结构,利用点接触、线接触屈曲模型,建立了杆在各种屈曲模态下的挠度曲线方程.通过求解曲线方程,可以得到发生限制失稳结构在各种屈曲模态下,与外部限制失稳构件之间的接触载荷大小,分析了受压结构与限制失稳构件之间的间隙对接触载荷的影响.通过对屈曲模态中各波形的形态进行调整,研究了同一屈曲模态,不同失稳波形下接触载荷的差异.     

细长柔韧压杆弹性失稳后挠曲线形状的计算机仿真

采用Maple编程对细长柔韧压杆弹性失稳后挠曲线形状进行了计算机仿真,进行了细长柔韧压杆弹性失稳后最大挠度和挠曲线封闭两种情况下的挠曲线形状仿真和详细的解答.分析计算了失稳后屈曲的力学特征,给出了解析表达式;分析计算了失稳后屈曲的平衡状态曲线的几何特征,绘出了计算机仿真曲线.结果表明:失稳后最大挠度和挠曲线封闭是属于两个完全不同的屈曲状态.     

SIMULATION OF TRANSVERSE VIBRATION OF SLENDER ROD STRING IN THE VERTICAL CYLINDER UNDER BUCKLING DISPLACEMENT EXCITATION1)

对于铅直圆筒内受交变拉压轴向载荷作用的细长杆柱,当杆柱底端所受到的轴向压力大于杆柱屈曲的临界载荷时,细长杆柱在圆筒内将产生螺旋屈曲,杆柱的屈曲变形将激励杆柱在圆筒内产生横向振动。以细长杆在圆筒内的瞬时屈曲构型作为杆柱横向振动的位移激励,建立了屈曲位移激励下的细长杆在圆筒内横向振动与杆管碰撞规律的仿真模型。采用有限差分法对井深进行离散,Newmark 法对时间进行离散,以恢复系数法建立了细长杆和圆筒的碰撞条件,对细长杆在圆筒内的横向振动数学模型进行了数值仿真。仿真结果表明,细长杆和圆筒内壁的碰撞现象主要发生在细长杆底端受压发生屈曲后,且几乎沿整个圆筒都有发生,从圆筒顶部至底部的碰撞力峰值逐渐增大;而在杆柱底端受拉时碰撞现象很少,碰撞力也较小。     

铅直圆筒内细长杆柱在屈曲位移激励下的横向振动仿真

对于铅直圆筒内受交变拉压轴向载荷作用的细长杆柱,当杆柱底端所受到的轴向压力大于杆柱屈曲的临界载荷时,细长杆柱在圆筒内将产生螺旋屈曲,杆柱的屈曲变形将激励杆柱在圆筒内产生横向振动。以细长杆在圆筒内的瞬时屈曲构型作为杆柱横向振动的位移激励,建立了屈曲位移激励下的细长杆在圆筒内横向振动与杆管碰撞规律的仿真模型。采用有限差分法对井深进行离散,Newmark法对时间进行离散,以恢复系数法建立了细长杆和圆筒的碰撞条件,对细长杆在圆筒内的横向振动数学模型进行了数值仿真。仿真结果表明,细长杆和圆筒内壁的碰撞现象主要发生在细长杆底端受压发生屈曲后,且几乎沿整个圆筒都有发生,从圆筒顶部至底部的碰撞力峰值逐渐增大;而在杆柱底端受拉时碰撞现象很少,碰撞力也较小。     

细长杆屈曲后中点位移的确定

利用精确的曲率表达式建立了Euler杆在考虑几何非线性时的微分方程,编制了求解程序,通过算例揭示了压力大于分叉荷载时压力与中点屈曲位移的关系.研究表明,当压力达到分叉点时,Euler杆不但不会丧失承载力,相反其承载力却有一定程度的增长.研究结论与实验结果完全吻合.     

细长弹性杆在轴压下的二次分叉

基于[1]的弹性曲杆的平衡方程,本文研究了矩形横截面细长杆在轴压下的后屈曲行为。设横截面的边长比为 1:2δ,使用 Poincare-Keller 的打靶法并引进坐标的伸缩变换,研究了δ在 δ_0=1 附近的情形。当δ≠1 时,发现了杆平衡态的二次分叉。我们也给出了原始后屈曲解支及二次分支的渐近表示并分析了各个解支的稳定性。     

轴向可压缩压杆的压缩失稳实验研究

用受压变形明显的聚胺脂胶棒进行了两端铰支的压缩失稳试验。为减少铰支处的摩擦力,在胶棒的两端铰支处安装了直线轴承。试验中观察到了Euler压杆理论所不包括的一些失稳现象,如：仍然在线弹性变形范围内的压杆,没有像Euler压杆理论预测的那样发生屈曲;在较高的临界载荷作用下,柔度较小的压杆发生了亚临界屈曲,所产生的弯矩是突然失稳弯曲的杆件不能承受的,于是杆件突然卸载。另外,大柔度压杆的超临界屈曲,即类似Euler压杆的屈曲现象也被观察到了。这些实验结果与轴向可压缩压杆失稳理论所预测的相符。     

螺旋弹簧屈曲的简便计算公式

受压螺旋弹簧的横向屈曲问题具有实际意义。在文献[1]里已对密圈螺旋弹簧的屈曲问题进行了研究,由于在研究屈曲时计入了剪切对屈曲的影响,问题较复杂,对疏圈螺旋弹簧的屈曲,则更为繁冗。本文用研究棱柱杆屈曲的方法,略去剪切的影响,导出疏圈螺旋弹簧的压屈公式,同时将密圈螺旋弹簧的计算作为本文的特例,并与文献[1]中的公式进行了比较,两 ...     

细长压杆屈曲实验平台设计及其在实验教学中的应用

实验教学是培养工科大学生实践和创新能力的重要手段,如何在有限的实验条件下开展丰富的教学实验、关联更多的理论知识点是力学实验亟需解决的问题。本文以材料力学中常见的压杆屈曲问题为例,构建了压杆屈曲实验平台,主要包括压杆屈曲实验和力学仿真两个模块,通过压杆屈曲实验案例展示了该平台用于开展教学实验的过程。结果表明,该实验装置可操作性强,学生能够直观地观察到压杆由稳定到正弦屈曲再到螺旋屈曲的全过程,同时能够测试压杆径向位移、应变等多个参数,仿真实验能够在不受时空、设备限制下更直观地实现实验过程的再现和拓展。本实验具有一定的趣味性和专业性,利用教学实验能够激发学生对材料力学的学习兴趣,加强学生对多个关联知识的理解,也能够锻炼学生的动手实践能力。     

弹塑性屈曲问题的一种新的分析方法

本文利用内时本构模型提出了分析计算弹塑性压杆屈曲问题的一种新方法,建立了适应于整个长细比范围内的稳定屈曲统一公式.文中方法适应性强,分析计算过程明了.对铅合金柱的分析计算表明,利用文中分析方法可以得到有效合理的较为精确的屈曲结果.     

Euler杆大挠度屈曲的解析逼近

研究Euler杆大挠度屈曲问题，将控制方程的线性化与谐波平衡法组合起来，分别建立以杆端转角形式表示的屈曲荷载及最大挠度的解析逼近公式，这些公式既适用于小变形又适用于大变形。     

冷质部件支撑结构中压杆的热过屈曲分析

以圆杆式冷质量支撑结构中的压杆为研究对象,考虑了材料线膨胀系数α随温度非线性变化的特性及材料本构关系的非线性,基于轴线可伸长原理建立了压杆的热过屈曲数学模型;利用打靶法分别分析了材料本构关系取线性模型和非线性模型时的压杆热屈曲过程,并对二者进行了对比。研究结果表明:无论材料本构关系采用线性模型还是非线性模型,当α取常数时临界屈曲温度与柔度无关;而当α随温度非线性变化时,柔度则对临界屈曲温度产生影响;在同一柔度下,考察α对屈曲特性参数的影响规律时材料本构关系的非线性特性不可忽略;在非线性本构关系下线膨胀系数随温度非线性变化时可得到最大轴向载荷、最小横向支座反力、最小轴线总伸长量;较小的横向支座反力可以有效减小支撑结构中心收缩位移,较小的轴线总伸长量可以有效减小压杆周向固定端连接处应力。     

薄壁杆侧向稳定分析有限杆元模型

根据位移变分原理,建立有限杆元模型,对薄壁杆进行侧向稳定分析。在考虑截面扭转、翘曲同时,特别考虑了反映剪力滞后现象的杆壁中面上剪应交的影响。推导出薄壁杆侧向屈曲能量方程可适用求解常用边界条件,任意棱形截面形状的薄壁杆的屈曲特征值问题。