复杂载荷作用下圆柱壳的弹塑性动力屈曲研究

对复杂载荷作用下圆柱壳的弹塑性动力屈曲问题进行了研究。基于Hamilton变分原理导出圆柱壳的运动方程 ,本构关系采用增量理论 ,借助增量数值算法求解动力方程组。结果表明 ,均匀径向外压对圆柱壳的轴向冲击的过程或冲击性态有较大的影响 ,并讨论了径向压力与轴向冲击载荷的幅值对结构临界动力屈曲载荷和临界动力失效载荷的影响。     

轴向冲击圆柱壳非弹性响应

简要论述承受轴向冲击载荷圆柱壳非弹性动屈曲响应的研究进展。采用Ｋａｒｍａｎ－Ｄｏｎｎｅｌｌ运动方程研究轴向流固冲击载荷作用下的圆柱壳轴对称弹塑性动屈曲问题。本构关系采用增量理论，借助增量数值方法求解动力方程组。研究不同边界条件对屈曲的影响，以及径向外压力在不同边界条件下对屈曲的影响。     

局部径向载荷作用下外压薄壁圆筒稳定性分析

为简化真空塔器外挂件支撑区局部失稳分析,提炼出局部径向载荷作用下外压薄壁圆筒稳定性计算模型. 以易拉罐为薄壁圆筒试件,对不同外压下试件的局部径向临界载荷进行了测试. 利用有限元法对各实验模型进行了特征值屈曲分析,结果与实验数据能较好地吻合. 采用正交设计及参数化计算,得到了各结构参数及外压下的局部径向临界载荷经验公式. 实例计算表明,所得经验公式稍有保守,可用于真空塔器外挂件支撑件区的局部稳定性分析.     

圆柱壳撞水时的弹塑性动力屈曲研究

本文研究圆柱壳在流固中冲击载荷下的弹塑性动力曲问题。建立了液体－气体－固体三相的数学模型。其中结构部分控制方程由弹塑性力学中关于加速度的最小原理获得，本构关系采用增量理论，液体假设为不可压缩，空气层认为最等熵压缩。分别讨论了不同冲击高度时压力变化规律，屈曲对载荷的影响。屈曲沿壳长的分布及发展规律等。     

大理岩动态劈裂拉伸断裂的实验研究

利用直径为100mm的Hopkinson压杆和薄圆形铝片作为波形整形器,用不同弹速径向冲击大理岩平台巴西圆盘来研究其动态拉伸强度.考虑了试样的尺寸大小及两个平台附近应力的时间不均匀性与空间不均匀性对实验结果的影响.分析了试样的最大应变率、破坏时间、破坏模式以及破坏过程中的载荷应变关系,得到了关于大理岩在高应变率下拉伸强度及弹性模量的一些结论.进一步又利用该装置径向冲击人字形切槽巴西圆盘试样,对试样的起裂时间进行了初步的研究,以便今后测试动态断裂韧度.     

轴向冲击载荷下圆柱壳的弹塑性屈曲分析

研究时变轴向冲击载荷作用下的圆柱壳弹塑性动力屈曲问题。本构关系采用增量理论 ,借助增量数值计算方法对Karman Donnell运动方程进行求解。计算表明 :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 ;分别讨论了应力波对屈曲的影响以及材料参数、几何参数、载荷峰值与持续时间和动力屈曲的关系。     

求解钢压杆极限承载力的有限条塑性系数增量初应力法

本文提出了有限条塑性系数增量初应力法，用于分析钢压杆的弹塑性稳定极限承载力，该法采用分级加载，用有限条法建立结构的增量平衡方程；在塑性范围，引入截面的塑性系数对弹性刚度进行折减得到结构的弹性刚度矩阵；用修正的Ｎｅｗｔｏ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法迭代求解，数值结果表明，本法效率较高，与钢压杆试验结果吻合良好，可以考虑残余应力和载荷偏心的影响，可望实现大型超静定结构的极限载力分析。     

两种典型螺栓连接结构的刚度特性比较研究

针对法兰对接和径向套接两种典型舱段螺栓连接形式,基于有限元静刚度计算、动力学简化建模、冲击响应特性分析及结构冲击试验,系统研究了两种连接形式的轴向刚度特性及其对动力学冲击响应的影响.有限元静刚度分析揭示了法兰对接与径向套接的轴向拉压刚度分别是非对称的和对称的,而法兰对接的平均刚度更大.之后,为两种连接形式建立了统一的动力学模型,证明非对称的轴向拉压刚度导致结构在受到横向载荷作用时会产生附加的耦合轴向振动,并且利用高精度幂函数拟合刚度跳变,得到耦合轴向振动频率是弯曲振动频率的二倍的结论.最后,通过冲击动力学试验证明了法兰对接存在二倍频的耦合轴向振动,而径向套接则不存在该耦合振动.径向套接虽然一阶频率较低,但阻尼效果更好.     

弱围压与垂直冲击强扰动下块系岩体超低摩擦效应试验研究

随开采深度增加,深部岩体结构趋于破碎,临近工作面待开采岩体受弱围压作用,遇冲击载荷强扰动时,易诱发超低摩擦型冲击地压。采用自主研制的弱围压块系岩体超低摩擦模拟试验装置,以5个上下叠加花岗岩块体模拟深部临近工作面破碎岩体,通过螺栓加载方式对块系岩体施加弱围压作用、垂直方向施加冲击载荷作用模拟强扰动。以垂直加速度差值变化作为超低摩擦效应强度特征参数,分析得到了冲击载荷强度、围压对块系岩体超低摩擦效应影响规律。研究结果表明:垂直冲击载荷作用下,块系岩体振动分为受迫振动和自由振动两个阶段,随冲击载荷增大,块体垂直加速度差值峰值增大,垂直加速度差值衰减时间延长,此时超低摩擦效应强度和持续时间均显著增加;围压与冲击载荷共同作用下,存在围压临界值使得超低摩擦效应强度达到最大;随围压增加,超低摩擦效应最大强度发生时刻提前,当试验围压达到最大值时,超低摩擦效应最大强度发生时刻趋于一致。     

低速冲击载荷下加筋板弹塑动力响应分析

给出了一种半解析方法求解加筋板在横向低速冲击载荷下的非线性弹塑动力响应分析。考虑大变形的影响，采用增量型本构关系，得到膜力、弯矩增量与应变增量的关系，忽略面内惯性力的影响，运用Hamilton变分原理，得到加筋板增量形式动响应控制方程，最后采用增量形式的迦辽金法来求解。     

DYNAMIC BUCKLING OF STATICALLY PRELOADED RING-STIFFENED CYLINDRICAL SHELLS UNDER AXIAL FLUID-SOLID IMPACT LOADING

The Initial Imperfection Amplified Criterion is applied to investigate the geometric nonlinear dynamic buckling of statically preloaded ring-stiffened cylindrical shells under axial fluid-solid impact. Taking account of the effects of large deformation and initial geometric imperfection, the governing equations are obtained by the Galerkin method and solved by the Runge-Kutta method. The effects of static preloading (uniform external radial pressure) on the buckling features and the load-carrying ability of ring-stiffened cylindrical shells against axial impact are discussed. The project is supported by the National Natural Sciences Foundation of China (No. 19802017).     

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。     

充满水的金属圆柱壳经受轴向撞击时屈曲过程的实验研究

本文报道了五种规格充满水的圆柱壳经受大质量低速度轴向撞击作用时屈曲过程的实验结果。研究表明由于液体的存在，圆柱壳的屈曲模态呈轴对称型的环带波纹，整个撞击过程可以明显地分为振荡的动力加载、平稳发展的后屈曲和迅速下降的弹性卸载三个阶段。并讨论了试件壁厚和高度等几何参数对其屈曲性能的影响。     

辛方法和弹性圆柱壳在内外压和轴向冲击下的动态屈曲

针对有内压或外压的弹性圆柱壳在轴向冲击载荷耦合作用下的动态屈曲问题,构造哈密顿体系,在辛空间中将临界载荷和动态屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题,从而形成一种辛方法。该方法直接得到非轴对称的屈曲模态。数值结果给出了圆柱壳问题的临界载荷和屈曲模态以及一些规律。     

充液圆柱壳轴向冲击屈曲的实验研究与计算机数值模拟

借助落锤装置实现冲击加载,完成了一组充满水的金属薄壁圆柱壳试件轴向冲击屈曲过程的实验研究,同时利用LS－DYNA大型动力软件对冲击屈曲的全过程进行了计算机模拟,对于屈曲模态发展过程以及冲击力和液压的动态时程曲线,实验观察和数值结果均表现出较好的一致性,研究表明,在撞击过程中壳内形成很大的液体压力,在此内压和轴向压缩的联合作用下,壳壁发生轴对称塑性屈曲,屈曲模态为一系列依次发展的环带波纹。     

金属圆柱壳受大质量低速冲击的屈曲变形

对钢质和铜质金属圆柱壳的轴向冲击动力响应进行了实验研究,记录了两种不同材料圆柱壳在大质量低速冲击下的冲击力时程曲线,得到其屈曲模态。采用高速摄像及模拟技术给出了钢质圆柱壳渐进屈曲的全过程,为理解钢质圆柱壳的屈曲机理提供了直观的结果。黄铜质圆柱壳在大质量低速冲击下, 出现整个壳面滿布屈曲波纹的塑性动力屈曲现象,说明高速冲击不是产生塑性动力屈曲的充要条件。像铜这样具有高密度的韧性材料,在大质量低速冲击下,会在轴向产生持续的压缩塑性流作用而出现塑性动力屈曲现象。     

On dynamic buckling phenomena in axially loaded elastic-plastic cylindrical shells

Some characteristic features of the dynamic inelastic buckling behaviour of cylindrical shells subjected to axial impact loads are discussed. It is shown that the material properties and their approximations in the plastic range influence the initial instability pattern and the final buckling shape of a shell having a given geometry. The phenomena of dynamic plastic buckling (when the entire length of a cylindrical shell wrinkles before the development of large radial displacements) and dynamic progressive buckling (when the folds in a cylindrical shell form sequentially) are analysed from the viewpoint of stress wave propagation resulting from an axial impact. It is shown that a high velocity impact causes an instantaneously applied load, with a maximum value at t=0 and whether or not this load causes an inelastic collapse depends on the magnitude of the initial kinetic energy.     

Experimental studies on dynamic plastic buckling of circular cylindrical shells under axial impact

In the present paper, experimental studies on dynamic plasticbuckling of circular cylindrical shells under axial impact are carried out. Hopkinson bar and drop hammer apparatus are used for dynamic loading. Three groups of circular cylindrical shells made of copper are tested under axial impact. From the experiments, the first critical velocity corresponding to the axi-symmetric buckling mode and the second critical velocity corresponding to the non-axisymmetric buckling mode are determined. The present results come close to those of second critical velocity given by Wang Ren^[4–6]. Two different kinds of non-axisymmetric buckling modes oval-shaped and triangle shaped are founded. The buckling modes under two loading cases, viz. with small mass but high velocity and with large mass and low velocity using Hopkinson bar and drop hammer, are different. Their critical energies are also discussed. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China (19672039) and the Foundation for Returned Scholar from Abroad of Shanxi Province