中细柔性圆环壳整体弯曲的一般解及在波纹管计算中的应用（I）—基本方程和一般解

讨论了圆环壳在横向载荷作用下的整体弯曲问题，提出了中细柔性圆环壳的概念、基本方程和一般解。本文称粗细比（子午线曲率半径与子午线曲率中心到回转轴的距离之比）小于1／3的圆环壳为中细圆环壳；方程的推导基于E.L.Axelrad的柔性壳理论；所得的解含有处理边界问题所必须的积分常数并且在全域内处处收敛；本解能方便地用于有关波纹管的计算。全文共分4个部分：（I）基本方程和一般妥；（Ⅱ）Ω型波纹管的计算；（Ⅲ）C型波纹管的计算；（Ⅳ）U型波纹管的计算。     

柔性圆环壳在子午面内整体弯曲的复变量方程及细环壳的一般解

在З.Л.Аксельрад(E.L.Axelrad)非轴对称载荷下柔性旋转壳线性方程的基础上,导出了圆环壳在子午面内整体弯曲的复变量方程和相应的细环壳方程.该方程可与钱伟长给出了一般解的В.В.Новожилов(V.V.Novozhilov)轴对称环壳方程相类比.通过类比,给出了细环壳在子午面内整体弯曲的一般解.所给出的解可以用来计算波纹管整弯曲的应力和端面位移.     

中细柔性圆环壳整体弯曲的一般解及在波纹管计算中的应用(Ⅲ)——C型波纹管的计算

(Ⅲ)是(Ⅰ)的具体应用.计算了C型波纹管的角向刚度、横向刚度和相应的应力分布.将波纹管的凸面和凹面分开处理,分别应用一般解(Ⅰ),使连接点满足内力和变形连续性条件.所得结果与相应的数值积分解、其它理论解及实验进行了比较.结果表明,中细柔性圆环壳的方程和一般解(Ⅰ)准确可信.     

U型波纹管整体弯曲问题的一般解

利用朱卫平等提出的柔性细环壳整体弯曲的一般解和相应的环板方程的解给出了U型波纹管在子午面内受纯弯矩作用整体弯曲的应力分布和转角公式。把计算的结果和按EJMA(Stan-dardsofthe Expansion Joint Manufacturers Association)计算的结果以及黎廷新等的实验结果作了分析比较。     

中细柔性圆环壳整体弯曲的一般解及在波纹管计算中的应用(Ⅱ)——Ω型波纹管的计算

(Ⅱ)是(Ⅰ)的具体应用。计算了Ω型波纹管的角向刚度、横向刚度和应力分布,并将所得结果与有关的细环壳理论及实验进行了比较。结果表明,单独用(Ⅰ)的非齐次解能够计算Ω型波纹管的纯弯曲,而且比细环壳理论更接近实际;但在横向位移作用下,(Ⅰ)的非齐次解只能部分地满足边界条件,此时应同时考虑齐次解的作用,即完整的一般解(Ⅰ)才能满足所有的要求.     

中细柔性圆环壳整体弯曲的一般解及在波纹管计算中的应用(Ⅳ)——U型波纹管的计算

(Ⅳ)是(Ⅰ)的具体应用,讨论了U型波纹管的角向刚度和相应的应力分布.将波纹管的凸面、凹面和环板分开处理,分别应用一般解(Ⅰ)和由其退化而成的环板一般解,使连接点满足表面应力和子午转角连续性条件.所得结果与细环壳解、美国膨胀节制造商协会标准(EJMA)、实验及有限元法进行了分析比较.     

半圆弧波纹管的计算——环壳一般解的应用

本文利用前文所得圆环壳的一般解,计算了半圆弧波纹管在轴向力作用下的变形和应力分布.     

旋转壳在子午面内整体弯曲的几何非线性摄动有限元法及在波纹管计算中的应用(Ⅱ)

利用(Ⅰ)提出的旋转壳在子午面内整体弯曲的几何非线性摄动有限元法分析了波纹管在纯弯矩、横向力作用下的刚度和应力分布。首先,将其中的一阶摄动解(线性解)和作者曾经提出的中细环壳一般解、初参数积分解进行了比较,以及与他人的实验、有限元分析进行了比较,表明本法具有良好的精度和可靠性,且如(Ⅰ)所指出的那样,波纹管子午线曲率的突变不妨碍一般直线单元的应用。然后,讨论了波纹管的非线性特征,结果显示,波纹管的非线性效应主要来自其环板,而且环板愈宽非线性效应愈大,例如,C型波纹管相当于环板宽度为零的U型波纹管,因而其非线性效应几乎可以忽略不计。此外,在纯弯矩作用下,依线性解波纹管各个波的应力分布是相同的,而依非线解各个波的应力分布是不相同的,但对于常见的波纹管,在工程精度内线性解是有效的。     

一般旋转壳在轴对称变形下的复变量方程

本文在Love-Kirchhoff的假定下,求得了一般旋转壳在轴对称变形下的复变量方程.当旋转壳是圆截面环壳时,这些方程简化为F.T?lke(1938)[3],R.A.Clark(1950)和B.B.Новожилов(1951)[3]的方程.当平均半径R比环截面半径a大得很多时,求得了细环壳的复变量方程,当这个细环壳的截面是圆形时,简化作为作者(1979)[6]的圆截面的细环壳复变量方程,我们列出了椭圆截面的细环壳复变量方程.当椭圆截面近似于圆截面时,该方程在形式上和圆细环壳方程基本相同.     

变壁厚轴对称圆环壳的复变量方程及其一般解

本文导出了变壁厚轴对称圆环壳的复变量方程,并给出了它的一般解.     

圆柱壳开孔的应力集中──非圆孔问题的一般解

本文从Donnell型圆柱壳的基本方程出发,利用复变函数方法和保角映射技术,对圆柱壳开非圆形孔的问题进行了研究.首先给出了逼近具有非圆形孔的圆柱壳开孔问题一般解的完备函数序列,构造出了问题的一般解;其次利用有关圆柱壳开小孔的假设概念,给出了圆柱壳开非圆孔时边界条件的一般表达式.进而利用正交函数展开的方法,将待解的问题归结为一组无穷代数方程组的求解问题,并进行直接求解.在本文最后,对圆柱壳开圆孔.椭圆孔附近的应力集中问题进行了数值计算,给出了分析结果.     

椭圆环壳在一般荷载下的轴对称问题

本文给出了在任意分布荷载下轴对称椭圓环壳的简化复变量方程。该方程准确度在薄壳理论误差范围内,并消除了全部经线极值奇点。得到了问题的等价的积分方程组,用数值积分方法给出了数值解。计算了膨胀节、液压圆环壳和半椭圆形密封环的算例,与准确解和实验结果作了比较。     

轴对称圆环壳的一般解

本文是前文[1]的推广,它不限于细环壳a=a/R<<1的假定,其中a为环壳的截面半径,R为环壳的总体半径.提出了轴对称圆环壳在0≤a<1范围内的一般解,本文的解可以用来解决波纹壳、热膨胀器、高压容器的过渡部分和波登管等实用问题.本文的结果是前人从未求得的圆环壳的一般解.     

U型波纹管的非线性特性摄动法计算

本文利用圆环壳的一般解[1],引用小参数摄动理论,求得U型波纹管的线性精确解和非线性解.     

圆环壳在一般荷载下的轴对称问题

本文推广Новжилов变换,对圆环壳在任意荷载作用下的轴对称问题进行了成功地简化,得到了问题的H.Новжилов型复变量方程.求得了方程的特解,结合钱伟长的齐次方程一般解,给出了环壳一般轴对称问题的一般解答.讨论了常见载荷和闭合环壳情形.     

厚球壳与实心球轴对称问题的一般解

本文试图从更一般的三维问题基本方程出发研究任意厚球壳与实心球的轴对称问题.对于受任意轴对称载荷的厚球壳和实心球体,文中运用加权残值法给出了以Legendre级数表示的一般解.     

锥壳的位移解及应用*

本文提出求锥壳方程通解的另一种方法——位移法.文中根据文献[1]给出的壳体基本关系,导出锥壳一般弯曲问题的位移方程组,然后通过引入一个位移函数U(s,θ)(在极限情况下,就变为对于圆柱壳所引入的位移函数),从而将锥壳基本方程组化成关于位移函数U(s,θ)的8阶可解偏微分方程(控制微分方程).对于一般弯曲问题,该方程的一般解以广义超几何函数给出;对于轴对称弯曲问题,用Bessel函数给出其一般解.作为锥壳位移解法的应用,讨论了Winkler地基模式上的锥壳的轴对称弯曲问题,给出数值结果.     

用数值积分的初参数法解波纹管

本文把波纹管的边值问题化为初值问题,根据B.B.Новожилов的环壳方程[8].用S.Gill方法[10],求出半圆弧波纹管的数值解.计算了在轴向力和内压作用下的变形和应力分布,其结果和钱伟长教授的一般解完全一致.本文提出的外推公式可以显著地提高离散化方法的计算精度.文后附有WANG 2200VS计算机上BASIC语言的源程序.     

带径向接管的圆柱壳端部受力矩作用时的薄壳理论解

给出可适用于大开孔率 ( ρ0 ≤ 0 .8)的带径向接管的圆柱壳受端部力矩作用时的薄壳理论解 .采用修正的Morley方程代替前人使用的Donnell扁壳方程 ,在主壳展开面极坐标 (α ,β)系中求解开孔圆柱壳齐次解 ,既保持了薄壳理论的精度量级 ,又不受开孔率的限制 ;利用Goldenveizer的位移函数圆柱壳方程 ,在支管展开面主坐标 ( ζ ,θ)系中求得非平齐端头支管的齐次解 .主壳与支管交界处的边界位移和边界力分别由 (α ,β)、( ζ ,θ)系转换到总体柱坐标 ( ρ,θ ,z)系后均为θ的周期函数 ,因而可分别展成Fourier级数 ,各谐的Fourier系数可利用数值积分获得 ,再由连续条件得到整体结构的薄壳理论解 .经前人的实验和三维有限元计算结果的检验 ,证明解是可靠的 .     

圆环壳的后屈曲解

本文推导了控制圆环壳屈曲后大挠度变形状态的非线性微分方程及方程的渐近解,首次对圆环壳屈曲后的特性进行了系统的理论分析,理论分析的结论与Fishlowitz的实验相吻合。