圆柱薄壳的动相变屈曲行为

利用MTS809材料试验机对TiNi圆柱薄壳进行了轴向动渐进相变屈曲实验,对轴向冲击下处于伪弹性状态的TiNi合金柱壳的动相变屈曲行为进行了数值模拟研究。结果表明,不同的加载强度将会激发出柱壳不同的动屈曲响应模态。当冲击速度较高时,柱壳两端首先形成轴对称环形相变屈曲波纹,并产生应力平台;随着马氏体含量不断增加,环形相变屈曲波纹逐渐贯穿整个壳体,名义应力缓慢抬升;当名义应变超过一定阈值时,对称环形屈曲模态突变为非轴对称块状屈曲模态,名义应力大幅下降。撞击速度为40 m/s的算例（含10％随机缺陷）与S.Nemat-Nasser等的实验结果很好吻合,说明本文中计算模型、方法和结果的有效性经过了实验的考核。结果还表明,相变耗能是TiNi柱壳吸收冲击能量的主要机制,适合制作可重复使用的高效吸能元件,并给出了相应的理想厚径比。     

水下爆炸载荷作用下环肋加筋圆柱壳结构的弹塑性动力屈曲

为研究水下爆炸载荷作用下潜艇结构的动力屈曲现象,以潜艇耐压结构的简化模型环肋加筋圆 柱壳结构为研究对象,建立流固耦合有限元分析模型,应用瞬态有限元分析程序MSC.Dytran对该结构在水 下爆炸冲击载荷作用下的弹塑性动力屈曲行为进行研究,基于Budiansky-Roth准则和Southwell方法确定环 肋加筋圆柱壳结构的临界屈曲载荷,讨论结构动力屈曲的影响因素如载荷强度、网格密度、径厚比、长径比、加 筋截面间距、加筋尺寸等对环肋加筋圆柱壳结构动屈曲模态和临界屈曲载荷的影响。结果表明:采用建立的 流固耦合有限元分析模型,应用动力瞬态有限元软件MSC.Dytran可以对加筋圆柱壳结构的动力屈曲行为进 行模拟,模型网格尺寸大小、结构几何参数对结构的动力屈曲临界载荷都有一定的影响,其中加筋圆柱壳结构 的径厚比对结构的动力屈曲临界载荷影响最为显著。     

充满液体的封闭圆柱壳受轴压时屈曲过程的实验研究

报导了对充满水的金属圆柱薄壳在轴向压缩时屈曲性能的实验结果。实验观察表明，充满液体的金属圆柱壳在轴压作用下的屈曲模态呈轴对称型，液体的内压与外部轴压随轴向缩短的变化趋势大致相同。由于壳内液体的存在，同内空的圆柱壳相比只是临界载荷略有提高，屈曲后承载能力并无显著降低，且对初始几何缺陷表现得远不象内空柱壳那样敏感。     

TiNi相变圆柱壳的径向压缩特性实验研究

对不同几何尺寸和边界约束条件的TiNi合金圆柱壳进行了准静态径向压缩实验研究,利用数字摄像和图像处理技术得到了不同位置柱壳的变形特征和应变分布,结果表明,在柱壳表面受压处先出现相变铰,随着名义应变的增大,相变铰将发展成相变铰区;在柱壳表面受拉处出现相变铰,但此处材料先进入马氏体相.当径厚比和边界约束不变时,随着名义应变的增大,柱壳的耗能率和比能不断增加.当名义应变不变时,柱壳的耗能率和比能随边界约束个数的增多而增加,吸能效果更好,随径厚比的增加而减小,吸能效率下降.     

夹层FGM圆柱壳在扭转载荷作用下的弹性稳定性

采用半解析方法研究了两端简支的功能梯度夹层圆柱壳在端部扭转载荷作用下的弹性稳定性.考虑圆柱壳的里外表层为均匀材料,中间层为材料性质沿厚度方向连续变化的功能梯度材料,并且在界面处的材料性质保持连续. 基于Flügge薄壳理论,建立了位移形式的结构静态屈曲控制方程.根据边界条件将位移表示为三角级数形式,获得包含柱壳端部扭转载荷参数的近似线性代数特征值问题,并通过数值方法求得了表征结构失稳特征的临界载荷. 数值结果表明,临界载荷随着半径与厚度比的增加而减小,随着功能梯度中间层的弹性模量的平均值的增加而增加.      

夹层圆柱壳振动的谱有限元分析

从哈密顿变分原理获得夹层圆柱壳的运动微分方程和边界条件,将谱有限元法用于夹层圆柱壳结构,推导出不同周向模态下夹层圆柱壳单元的动力刚度矩阵和隐式动力形状函数,分析长径比、径厚比、芯表厚度比、芯表模量比对固有频率和模态损耗因子的影响.研究表明:小径厚比、大长径比及大芯表厚度比有利于抑制夹层圆柱壳振动.     

基于混合变量条形传递函数方法的圆柱壳屈曲分析

提出了一种分析交各向异性圆柱壳和阶梯圆柱壳稳定性问题的混合变量条形传递函数方法。首先基于Fluegge薄壳理论，通过定义广义位移变量和对应的广义力变量，建立了圆柱壳混合变量能量泛函；然后通过引入条形单元，定义混合状态变量和采用传递函数方法对超级壳单元求解，得到具有多种边界条件圆柱壳屈曲问题的半解析解；最后通过位移连续和力平衡条件，可以得到阶梯圆柱壳屈曲问题的解。理论解推导过程表明此方法在引入边界条件和进行阶梯圆柱壳求解时非常方便。算例分析的结果验证了本方法的正确性。     

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。     

功能梯度锥-柱连接壳的环向自由振动分析

论文旨在分析功能梯度锥-柱连接壳的环向自由振动,以提高其结构的振动性能和稳定性.采用Voigt模型和四参数幂函数体积分数描述功能梯度材料属性,基于Donnell薄壳理论推导出锥壳和柱壳的位移与应变关系,分别得出锥壳和柱壳的能量表达式.引入人工弹簧模拟边界和壳体间的连接条件,依据Chebyshev多项式构造位移函数,基于Rayleigh-Ritz法求解FGMs锥-柱连接壳模态频率,分析梯度指数、边界条件和几何参数对模态频率的影响.结果表明：增加陶瓷体积分数能有效提高结构的模态频率,而增大梯度指数则会降低结构的模态频率;边界约束条件越强,FGMs锥-柱连接壳的模态频率越高;随着环向波数的增大,边界条件对结构模态频率的影响越来越弱,边界约束效果作用于圆柱壳明显强于圆锥壳;当环向波数大于3时,随着壳体厚度增大,结构的模态频率呈线性提高,而增大锥柱壳长度比会降低结构模态频率;在锥柱壳长度比一定时,随着锥角的增大会使结构的模态频率先增加到峰值后减小.     

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。     

ELASTIC PULSE BUCKLING OF CYLINDRICAL SHELLS UNDER RADIAL IMPULSIVE LOADING

ＥＬＡＳＴＩＣＰＵＬＳＥＢＵＣＫＬＩＮＧＯＦＣＹＬＩＮＤＲＩＣＡＬＳＨＥＬＬＳＵＮＤＥＲＲＡＤＩＡＬＩＭＰＵＬＳＩＶＥＬＯＡＤＩＮＧＨｕａｎｇＣｈｅｎｇｙｉ（黄承义）ＬｉｕＴｕｇｕａｎｇ（刘土光）ＺｈｅｎｇＪｉｊｉａ（郑际嘉）（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏ...     

基于混合变量的脱层壳屈曲分析

提出一种分析脱层圆柱壳稳定性问题的混合变量条形传递函数方法。首先基于一阶剪切理论，通过定义广义位移变量和对应的广义力变量，建立壳的改进的混合变量能量泛函；然后引入条形单元，对混合变量在环向进行离散，从而导出超级壳单元的混合变量能量泛函，由变分原理得到控制方程，采用传递函数方法得到其形式解；最后，将含环向贯穿脱层的复合材料层合壳作为超级壳单元的组合体，得到脱层壳的屈曲方程。给出了脱层大小和深度以及脱层壳边界条件对屈曲载荷的影响。     

Studies on the torsional buckling of elastic cylindrical shells

The experimental phenomenon and theoretical analysis are given for the torsional buckling of elastic cylindrical shells. From the experiment, it is found that the postbuckling deformation doesn't occupy the whole length when the shell is longer. In the theoretical calculation, only the normal displacement boundary condition is taken into account. By comparing the present calculation results with the accurate result of Yamakis theory and the results of the present experiment, it is shown that the influence of the axial and circumference boundary condition is less important.     

宏纤维压电层合壳结构非线性屈曲分析

以纤维压电MFC （Micro-Fiber Composite）层合圆柱壳为例,研究了其在准静态屈曲下的非线性振动响应。基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形假设,采用大转角几何全非线性理论,建立了带有纤维角度的MFC层合壳结构的非线性屈曲与振动分析模型。采用全拉格朗日方程（Total Lagrange Formulation）对非线性模型进行线性化处理,并结合Riks-Wempner弦长控制迭代法进行准静态求解,然后在每个解点进行自由振动分析。通过与文献数据对比验证了所建模型的准确性。并用该计算模型对MFC-d31层合圆柱壳进行屈曲及自由振动分析,研究了几何参数（曲率、厚度、纤维角度和不同外加电压）对频率的影响。结果表明,厚度、曲率和纤维增强角度对结构的临界载荷有显著的影响,且结构的临界载荷随着上述参数的增大而增大;电场强度可对不同纤维角度壳体的自振频率进行调节,能够提高结构的临界载荷;纤维角度越大,电压对结构自振频率调节的效果越明显。     

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。     

An experimental study on the static and impact torsional buckling of cylindrical shells

In this paper, experimental studies are carried out on the buckling of circular cylindrical thin shells under impact torque. Experiments of impact buckling are made on a Hopkinson torsional bar. The torsional bar gives a step torque on the shells. Through an analysis of the strain-time curve obtained in experiment, the dynamic buckling critical torqueM _er and buckling waves numbern of the shell with different geometric data and some qualitative results are obtained. The buckling behavior of circular cylindrical thin shells under static and impact torque is compared.