STUDY ON AMPLIFICATION FACTOR OF FLEXURAL BUCKLING CRITICAL LOAD OF AXIAL COMPRESSION BARS1)

为了建立一般条件下轴压构件屈曲临界载荷的计算理论,首先对轴心受压构件发生屈曲时的总势能方程进行了推导,然后采用Rayleigh-Ritz法并基于势能驻值原理得到了4种不同端部约束条件下轴压构件的屈曲临界载荷,对比欧拉临界载荷,给出了临界载荷放大系数 的计算式,全面考虑了构件长细比、压缩变形、剪切变形以及截面形状系数对临界载荷的影响,推导的计算式可用于较小长细比轴压构件发生屈曲时临界载荷的计算.圆截面和双轴对称工字形截面轴压构件屈曲临界载荷的分析表明构件长细比是影响放大系数的主导因素。     

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。     

轴向随动分布载荷作用下FGMs Timoshenko梁的后屈曲特性

研究了Timoshenko功能梯度材料梁在随动分布载荷作用下的后屈曲问题。在考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形基础上,建立了在轴向分布随动载荷作用下一端简支一端固定Timoshenko功能梯度梁的过屈曲控制方程。其中假设功能梯度材料性质只沿厚度方向变化,并以成分含量的幂指数函数形式变化。采用打靶法求解了所得线性常微分两点边值问题,获得了随动载荷作用下Timoshenko功能梯度梁的过屈曲平衡路径和平衡构形。对比了Timoshenko梁和Euler梁的后屈曲行为,并分析了材料的体积分数指数和长细比对梁屈曲行为的影响。结果表明:考虑剪切变形的Timoshenko梁的后屈曲行为与Euler梁的后屈曲行为明显不同;体积分数指数一定时,随着长细比的增加,梁的临界载荷减小;长细比一定时,随着体积分数指数的增加,梁的临界载荷也减小。     

热载荷作用下梯度多孔材料梁弯曲及过屈曲力学行为的研究

基于Bernoulli-Euler梁理论,引入物理中面解耦了复合材料结构的面内变形与横向弯曲特性,研究了梯度多孔材料矩形截面梁在热载荷作用下的弯曲及过屈曲力学行为．假设沿梁厚度方向材料的性质是连续变化的,利用能量法推导了矩形截面梁的控制微分方程和边界条件,并用打靶法对无量纲化的控制方程进行数值求解．利用计算得到的结果分析了材料的性质、热载荷、边界条件对矩形截面梁非线性力学行为的影响．结果表明,对称材料模型下,固支梁与简支梁均显示出了典型的分支屈曲行为特征,而其临界屈曲热载荷值均会随着孔隙率系数的增加而单调增加．非对称材料模型下,固支梁仍显示出分支屈曲行为特征,但其临界屈曲热载荷不再随着孔隙率系数的变化而单调变化;而对于两端简支梁,发生了弯曲变形,弯曲挠度随载荷的增大而增大．     

伪弹性形状记忆合金杆屈曲行为研究

对不同长细比伪弹性TiNi合金矩形截面杆进行了压缩试验,通过应变片和热电偶来捕捉杆中间截面表层材料的相变演化,采用热电偶测量杆中间截面受拉侧的温度,分析了长细比和材料相变对杆件承载能力的影响。结果表明:加载和卸载阶段,两端夹支TiNi杆的载荷-应变曲线随着长细比的改变发生明显的变化,对于短杆,相变会提高其承载能力;对于长杆,其极限承载能力取决于长细比,相变的影响集中在后屈曲阶段;对于低长细比杆件,加载阶段温度持续升高,而高长细比构件,应变达到最大值时温度已开始下降,所有杆件在卸载结束时的温度均低于加载初始时刻。     

液压作用下套管柱临界屈曲载荷计算的能量法

推导了内外液压作用下套管柱微弯时的能量平衡公式,并计算了其屈曲临界载荷计算公式。得到的结果低于目前已发表的结果。内外液压对套管稳定性的影响相当于在套管底端作用一个附加的轴向力和一个沿轴线均布的线载荷。对含有内压的两端封堵的细长管柱,内压对临界屈曲载荷没有影响。结果可供油井设计及作业参考。     

半圆环截面细环壳的屈曲

本文由Sanders非线性平衡方程和Koiter小应变协调方程推导出细环壳的非线性微分方程和稳定方程。用伽辽金法求解了静水压或边界载荷作用下的半园环截面细环壳的稳定方程。对于不同的边界条件及一系列几何参数,计算得到了临界载荷及屈曲模态。     

高温下受压钢构件考虑屈曲的有限元本构模型

为计算大空间钢结构高温下的力学性能, 需考虑受压钢构件屈曲. 将钢构件屈
曲特性反映在材料的本构模型中, 进行高温下大空间钢结构有限元计算. 通过研究轴心
受压钢构件在不同温度下的弯曲变形, 推导出考虑长细比、初始缺陷、临界力等因素的
受压钢构件名义轴向刚度; 通过能量等效, 用等效刚度代替名义轴向刚度, 得到高温下
受压钢构件考虑屈曲的钢材两折线应力--应变本构模型, 数值计算验证了模型的正确性.     

用切比雪夫多项式研究短梁的弯曲计算

考虑剪切效应,利用切比雪夫多项式构造严格满足表面切应力边界条件的轴向位移表达式,建立了短梁弯曲问题的新理论．利用奇异函数把作用在短梁上的复杂外载荷表示为分布载荷,推导出了短梁弯曲时的截面正应力公式及挠曲线表达式．把采用切比雪夫多项式推导出短梁的弯曲计算公式计算结果与弹性理论计算结果进行比较,可知该方法的计算精度较高．研究结果表明：在复杂外载荷作用下,当长高比小于等于6时,剪切变形对梁的弯曲挠度影响较大,而当长高比小于3时,剪切变形对梁的弯曲应力影响较大;因此建议采用切比雪夫多项式方法给出的挠度表达式、弯曲应力进行计算,因为切比雪夫多项式方法不但给出了复杂外载荷作用下梁截面挠度、弯曲应力的计算通式,而且该方法具有计算过程简便、精度高的优点．     

复合材料箱型结构的屈曲性态研究

采用带旋转自由度参数C^0类板（壳）单元，研究复合材料箱型结构的初始屈曲性态，在推导单元几何刚度阵时，同时考虑出平面位移和面内位移对膜应变的影响；着重讨论了不同材料正方形截面梁的长细比与欧拉临界力的关系，复合材料典型盒段的截面形式和铺设角，铺设次序对初始屈曲性态的影响。     

预应力钢管混凝土组合构件的稳定性研究

给出了预应力筋初始张拉力和有效张拉力的计算方法．根据弹性力学理论和能量法原理,建立了组合构件挠曲微分方程,推导了各种边界条件的预应力钢管混凝土组合构件的压屈载荷计算公式,并由强度条件确定了界限长细比．算例分析表明,对超过界限长细比的钢管混凝土组合构件,施加预应力可以有效地提高其稳定承载力．     

圆中空夹层钢管混凝土压扭构件试验研究

以轴压比和长细比为主要参数设计了7根圆中空夹层钢管混凝土试件,为了便于对比分析,同时设计了2根圆实心钢管混凝土试件,对其在压扭复合受力状态下的力学性能进行了试验研究。对试验现象和试验结果进行了描述与分析,结果表明:圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的扭矩-转角全过程曲线未出现下降段,试件表现出一定的后期承载潜力,具有较好的塑性和延性性能;钢管对混凝土的约束效应在加载后期更为显著;轴压比、长细比和空心率对压扭试件的初始刚度影响不大,但轴压比和长细比对试件的抗扭承载力有一定影响。最后,采用压扭构件承载力相关方程对圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的抗扭承载力进行了计算,计算结果与试验结果基本接近且总体偏于安全,可为工程设计提供参考。     

变截面Timoshenko梁动力反应的半解析法

为研究移动荷载下截面剪切变形和转动惯量影响,在推导变截面Timoshenko梁振型正交性的数学表达式的基础上,建立了任意荷载作用下Timoshenko梁动力响应的模态叠加法.然后,将模态摄动法和模态叠加法结合起来,提出了变截面Timoshenko梁动力反应计算的公式.在此基础上,基于矩形截面梁,比较分析了简支Timoshenko梁理论和Euler梁理论动力反应随移动荷载速度、长细比和截面衰减率的变化规律的区别.计算结果表明:由于剪切变形和转动惯量的影响,Timoshenko梁的动力反应将大于Euler梁.当长细比小于10时,Timoshenko梁跨中位移比Euler梁增加25%以上,当长细比大于30后,可采用Euler梁理论进行简化分析.     

不同长细比圆钢管混凝土柱偏心试验研究

针对不同长细比圆钢管混凝土短柱试件进行了试验研究, 介绍了 试验参数、试验装置和方法, 得到载荷与应变、载荷与挠度的曲线, 分析了长细比 对该类构件力学性能的影响规律, 并应用相关规程进行了极限承载力的验算, 针对 该类构件在工程中的应用提出了合理的建议. 结果表明, 随着长细比的增大, 钢管 对核心混凝土的约束作用不断减弱, 极限承载力也明显下降, 而其横向变形能力逐 渐减弱, 在延性方面则影响不大. 试件达到极限承 载力时对应受压区的纵环向应变也比较大.     

弹性地基上多孔功能梯度材料矩形板的自由振动与临界屈曲载荷分析

多孔功能梯度材料(FGM)构件的特性与孔隙率和孔隙分布形式有密切关系。本文基于经典板理论,考虑不同孔隙分布形式时修正的混合率模型,研究Winkler弹性地基上四边受压多孔FGM矩形板的自由振动与临界屈曲载荷特性。首先利用Hamilton原理和物理中面的定义推导Winkler弹性地基上四边受压多孔FGM矩形板自由振动的控制微分方程并进行无量纲化,然后应用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程和边界条件进行变换,得到计算无量纲固有频率和临界屈曲载荷的代数特征方程。将问题退化为孔隙率为零时的FGM矩形板并与已有文献进行对比以验证其有效性。最后计算并分析了梯度指数、孔隙率、地基刚度系数、长宽比、四边受压载荷及边界条件对多孔FGM矩形板无量纲固有频率的影响以及各参数对无量纲临界屈曲载荷的影响。     

含裂纹薄壁圆柱壳弹塑性失稳极限荷载的解析解

为了得到含环向裂纹压弯薄壁圆柱壳失稳的极限荷载,基于Je?ek解析法,先利用裂纹面的平衡方程、变形几何关系和物理方程,得到在压弯荷载作用下圆柱壳轴力与裂纹面挠度的关系式;再利用极值条件,推导出在轴压和弯矩共同作用下含裂纹薄壁圆柱壳失稳时极限荷载的解析表达式。利用数值计算分析裂纹长度、长细比以及端部施加弯矩对圆柱壳极限荷载、弹性区高度和圆柱壳裂纹截面处挠度的影响,通过有限元数值结果验证极限荷载解析解的准确性。计算结果表明:与无裂纹完善构件相比,弯矩对含裂纹圆柱壳的极限荷载Pu的影响最为显著,其降低幅值可达3.78%～23.18%;弯矩的增加也会导致构件弹性区高度逐渐减小,裂纹面处的挠度呈非线性增长。本文研究弥补了目前该类问题缺乏理论解析解的不足。     

有限厚压电层表面金属电极脱层的屈曲研究

基于弹性有限变形理论和压电弹性体偏场理论,对上、下表面有金属电极的压电材料板内存在穿透脱层的屈曲问题进行了分析.采用平面应变模型,远处作用有均匀压应变载荷.用Fourier积分变换,界面连续条件和上、下电极表面的边界条件将问题归为第二类Cauchy型奇异积分方程组.利用Gauss-Chebyshev积分公式将该方程组变为一齐次线性代数方程组,以确定脱层屈曲载荷.算例给出了中间层为PZT-4,上、下电极为Pt的结构在不同脱层长厚比时的临界应变及相应屈曲形状.同时分析了压电层的机电耦合效应对临界应变的影响.     

横向约束槽钢截面柱畸变屈曲分析

提出了用于计算冷弯薄壁槽钢柱畸变屈曲临界应力的加劲板模型。在加劲板模型中,腹板视为板单元,而翼缘和卷边则假设为在腹板两端施加的角加劲肋,因此槽钢截面构件可视为腹板(板)与翼缘-卷边(角加劲)组成的加劲板。通过加劲板模型,可以考虑腹板与翼缘-卷边之间相互约束效应,并基于最小势能原理,推导出构件畸变屈曲临界应力计算公式。为了验证加劲板模型的正确性,以槽钢柱为例,对选用的构件进行畸变屈曲临界应力计算,并与有限条程序计算结果进行比较,平均误差为4.0%,从而验证了本文模型的正确性。     

古水水电站工程区域堆积体边坡工程地质分析

基于弹性有限变形理论和电弹性体偏场理论,对半无限压电体及其表面电极层间存在 穿透脱层的屈曲问题进行了分析. 采用平面应变模型,在脱层远处作用有平行于脱层的应变 载荷. 使用Fourier积分变换,应用脱层界面的连续条件和电极表面的边界条件将问题归为 第2类Cauchy型奇异积分方程组. 利用Gauss-Chebyshev积分公式将奇异积分方程组变为 齐次线性代数方程组,以确定临界应变载荷. 通过数值算例,给出了底层为PZT-4材料、 电极为金属Pt在不同的脱层长厚比时的临界应变载荷和屈曲形状,分析了压电体的压 电、介电效应对屈曲载荷的影响. 另外给出了脱层屈曲时,脱层尖端奇异性振荡因子随不同 脱层长厚比的关系曲线.     

钢管约束再生混凝土柱的变形性能及承载力计算

为研究钢管约束再生混凝土柱的变形性能和承载力,以再生粗骨料取代率、钢管截面形式、套箍系数为主要参数,制作了33个柱试件进行轴压试验。试验结果表明:圆形截面柱呈腰鼓状斜剪压破坏,方形截面柱呈斜压破坏;钢管截面形式、套箍系数比再生粗骨料取代率对柱构件极限承载力和变形能力的影响更明显;圆形截面柱的承载力稳定性、变形能力、耗能能力要优于方形截面柱。利用现有规范计算方法进行承载力计算发现,DL/T5085-1999标准适用于圆形截面柱的轴压承载力计算,DBJ 13-51-2003、CECS 159:2004、GJB 4142-2000标准适用于方形截面柱的轴压承载力计算。