考虑几何缺陷的非均匀加筋圆柱壳结构优化设计

为了提高加筋圆柱壳结构的承载能力,提出了一种新型的非均匀加筋圆柱壳结构设计方案,其中加筋圆柱壳筋条体系采用非均匀布置的方式.本文基于非线性显式动力学方法对非均匀加筋圆柱壳进行了稳定性分析,得到了壳体完善结构和缺陷结构的承载能力.研究结果表明:在不改变结构质量的情况下,非均匀加筋圆柱壳结构以降低壳体两端刚度和增强壳体中部刚度的方式来避免壳体结构中部率先发生屈曲失稳,从而提高了薄壁结构的承载能力.此外,非均匀加筋圆柱壳结构在抵抗几何缺陷方面表现出更为优异的力学性能,具有更低的缺陷敏感性.基于此,本文构造了低缺陷敏感性的非均匀加筋圆柱壳优化模型,并应用算例证明了该优化模型的实用性以及该结构在工程中的适用性.     

基于缺陷敏感性分析的加筋圆柱壳结构设计

为了对加筋圆柱壳进行面向低缺陷敏感度的结构设计,针对一个直径为3m 的正置正交加筋圆柱壳,基于显式后屈曲数值分析,研究了预制不同幅度的内凹、外凸双曲母线形状设计的加筋圆柱壳轴压临界荷载对初始模态缺陷的敏感性。结果表明：外凸双曲母线形状可在幅度为20mm时提高含缺陷结构的轴压临界荷载,可达6.6%,表现为对缺陷的低敏感性;内凹双曲母线则可在幅度为-10mm时小幅提高完善结构的轴压临界荷载,可达1.7%;当加筋圆柱壳应用于运载火箭的燃料贮箱时,燃料加注会升高贮箱内压,因此可通过内压控制形成外凸形状来降低结构的缺陷敏感性。     

圆柱壳稳定性问题的研究进展

圆柱壳是工程实际中广泛应用的结构,其主要破坏形式是屈曲失稳．作为力学领域的经典问题,圆柱壳稳定性问题的研究非常之多．其中,受均匀轴向压力的圆柱壳由于临界屈曲载荷的理论预测值与早期试验结果之间的巨大差异,更是推动了壳体稳定性理论的不断发展．本文简要回顾了壳体稳定性理论的发展和分类,并对轴压圆柱壳体试验结果分散且远低于理论预测值的原因及含缺陷圆柱壳体的稳定性研究方法进行了总结,然后综述了地下空间顶管、储油罐、加筋圆柱壳及脱层圆柱壳等实际工程中广泛应用的圆柱壳结构稳定性研究的现状和趋势,最后展望了将来对工程应用中圆柱壳结构的稳定性研究的难点和方向．     

薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析的参数化研究

针对在轴向载荷作用下的正置、正交网格形式的薄壁加筋肋圆柱壳结构,利用有限元程序,对薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析进行了参数化研究,得到了进行结构优化设计的准则,对于给定的设计载荷,当结构参数位于某一个局部失稳与整体失稳的临界区域时,结构的重量最轻。提出了基于有限元分析进行结构优化设计的策略,利用优化策略,获得了一薄壁加筋肋圆柱壳结构的优化设计结果,同时给出了粘合刚度简化模型与有限元计算结果的比较。     

含轴对称初始缺陷的具有正交各向异性表层的夹层圆柱壳的非线性屈曲

夹层圆柱壳具有很高的结构效能,在许多工程结构中被广泛采用.本文研究分析了含有轴对称初始缺陷的夹层圆柱壳在轴压下的非线性屈曲问题,该夹层壳具有正交各向异性表层和各向同性可承剪的夹心.利用Stein的前屈曲一致理论得出了前屈曲挠度随轴向载荷及缺陷参数的变化情况,运用Galerkin法导出了屈曲控制方程,并进行了数值计算,得到了屈曲载荷、缺陷幅值、缺陷波数、夹心模量等参量之间的关系.结果表明与壳体实际屈曲模态相同的初始缺陷具有很大的危害性,可以通过增加壳体表层的轴向弹性模量或优化夹心的有关参数等途径来提高屈曲载荷,改善壳体屈曲性能.     

关于圆筒壳稳定性中的初始缺陷

本文综述了圆筒壳稳定性中初始几何缺陷的几个重要问题。讨论了初始几何缺陷对圆筒壳临界载荷的基本效应,它的随机性、测量以及相应的数据库的建立。最后介绍了失稳破坏占主要地位的壳体结构的交互设计的基本思想和方法,并对进一步的研究工作提出了看法。     

材料性能对加筋圆柱壳结构稳定性的影响

研究加筋圆柱壳结构在静水压下的稳定性对深海工程具有重要意义。针对材料性能对加筋圆柱壳结构稳定性的影响,本文选取两种材料——高强钢和钛合金,建立典型的结构模型,结合有限元计算和理论分析重点研究了材料的关键性能参数——杨氏模量、屈服强度以及硬化能力对加筋圆柱壳结构在静水压下的失稳临界载荷和失稳模式的影响规律。本文的工作能为加筋圆柱壳结构优化及承载能力的提升提供可靠依据。     

轴压随机几何缺陷圆柱壳可靠性分析

轴压随机几何缺陷圆柱壳屈曲的失效函数具有较强的非线性，对于该结构已应用的可靠性分析方法不能同时满足计算精度和计算效率的要求。本文发展一个修正的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法，由两个步骤执行：应用一阶可靠性方法计算Ｈａｓｏｆｅｒ－Ｌｉｎｄ可靠性指标β；将简单Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法的采样区域限制在基本随机变量构成的ｎ维β－球外部，采样点由一个ｘ＾２分布的随机半径Ｒ≥β和（－１，１）均匀分布的随机方向组成，     

用广义样条子域法分析具有环形初始几何缺陷的圆柱壳

基于壳体初挠曲理论,对具有环形初始几何缺陷的圆柱壳进行了静力分析。整个缺陷区段视为由若干斜锥段组成。利用广义样条子域法建立了位移模式,该模式具有自由度少,结点设置灵活之特点。计算结果与有限元计算所得结果基本吻合。     

Elastoplastic stress analysis for cylindrical shell with flat strip imperfection

Based on unequidistant B-spline function, generalized spline subdomain displacement mode of rotational shell is obtained by taking double-direction interpolation of spline. The elastoplastic constitutive equation of shells is established by using the endochronic theory.According to the initial deflection theory of shells, the elastoplastic stress analysis of cylindrical shells with flat strip geometrical imperfection is studied. Numerical results show that the geometrical imperfection has a great effect on the stress distribution of shells.     

外压加筋圆柱壳总体屈曲Koiter——边界层奇异摄动法

将Ｋｏｉｔｅｒ理论和奇异摄动理论中的边界层法相结合处理加筋圆柱壳无因次化非线性边界层型Ｋａｒｍａｎ－Ｄｏｎｎｅｌ方程由分支点和边界层导致的双重奇异性，提出外压加筋圆柱壳总体屈曲Ｋｏｉｔｅｒ—边界层奇异摄动法。从摄动意义上分析边界条件，前屈曲非线性和初始几何缺陷对外压加筋圆柱壳屈曲载荷的影响。算例表明，本方法具有良好的计算效率和计算精度，与数值解相比更能揭示内在影响规律。     

静力预加载环向加筋圆柱壳的轴向流-固冲击屈曲

将初缺陷放大准则应用于静力预加载环向加筋圆柱壳结构受轴向流-固冲击加载作用时的几何非线性动力屈曲研究中。运用Galerkin方法推导出壳体-肋骨系统的动力屈曲控制方程,并且采用Runge-Kutta法进行数值求解。着重分析了静力预加载荷对结构屈曲性态及抗轴向冲击能力的影响。     

加筋薄壳结构分析与优化设计研究进展

伴随装备大型化和承载重型化等发展趋势,装备中加筋薄壳结构尺寸越来越大,成型工艺与结构细节也越来越复杂,对结构优化设计的精细程度、新型轻质结构发现和力学性能数值预测精度提出了更高的要求,给复杂板壳非线性分析模型、优化问题的数学建模和求解算法带来新的挑战。本文从加筋壳稳定性分析方法、折减因子确定方法以及考虑几何缺陷的加筋壳设计方法三个方面进行综述,介绍国内外相关研究进展。     

在均布外压作用下复合材料三角形网格加筋圆锥壳体总体稳定性分析

本文在文献[1]的基础上加以推广,分析了在均布外压作用下复合材料三角形网格加筋圆锥壳体总体稳定性,考虑了蒙皮的正交拉弯耦合效应和加筋筋条的偏心效应.基于外压实验观察结果,通过选择恰当的位移分量表达式,本文利用Galerkin法获得了临界外压的近似表达式,并对某一C/E复合材料三角形内网格加筋圆锥壳体的临界外压值进行了理论计算,所得结果与实验值相当吻合.文中所得结果可供工程应用参考.