用形变理论分析结构塑性屈曲时的一类广义变分原理

本文给出了用形变理论分析结构塑性屈曲时的一类广义变分原理,说明了它在本质上的势能意义。在广义变分形式下论证了塑性屈曲时无卸载的根据。最后在简化加筋板壳的分析中作了应用示例。     

轴向应力波作用下圆柱壳塑性轴对称动力屈曲

运用有限元特征值分析方法对应力波作用下圆柱壳塑性轴对称动力失稳问题进行了研究。基于应力波理论和相邻平衡准则导出了圆柱壳轴对称动力失稳时的特征方程,在分析中同时考虑了应力波效应及横向惯性效应,把圆柱壳塑性动力失稳问题归结为特征值问题。通过引入圆柱壳动力失稳时的波前约束条件实现了此类问题的有限元特征值解法。计算结果揭示了圆柱壳塑性轴对称动力屈曲变形发展的机理,以及轴向应力波和屈曲变形的相互作用规律。     

板壳结构弹塑性稳定性的有限元分析

构造了20参数圆柱壳拟协调单元,同时采用分层模型的弹塑性稳定性分析.根据塑性屈曲的Stowell形变理论,用基于切线刚度矩阵的增量法和修正的Newton-Raphson方法,计算屈曲前的弹塑性内力分布,并用逆幂迭代法求解弹塑性屈曲荷载.     

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。     

板壳非线性问题的曲壳有限单元法

本文基于总体Lagrange坐标描述法,采用Kirchhoff应力张量定义和Green应变张量定义,导出了分析板壳非线性问题的曲壳有限单元法。通过引入新的单元几何非线性关系,本文方法可用于分析板壳的大挠度大转角情况。由于采用了材料本构关系的修正子增量形式,提高了有限单元的分析计算精度。本文采用增量—拟牛顿—子增量迭代技术求解板壳的荷载一位移曲线,与传统迭代方法相比大大提高了计算效率。此外,对于板壳任意边界条件的形成和任意初始形状的考虑问题,本文分别导出了罚单元法和局部坐标转换法予以处理。经计算比较,证明本文方法可以有效地用于板壳的弯曲、屈曲及屈曲后性态和极限强度等问题的非线性分析。     

薄壁组合结构弹塑性屈曲分析的有限元混合解法

简略回顾了柱子和平板的弹塑性分支屈曲问题。由于薄壁组合结构内力分布的不均匀性和结构本身的复杂性,本文提出了一种计算薄壁组合结构弹塑性分支屈曲荷载的有限元混合解法。利用切线刚度增量法和修正的Newton-Raphson法计算屈曲前的弹塑性内力分布,然后和用Stowell形变理论和逆幂叠代法求弹塑性屈曲荷载。此算法已在微型计算机上实现。程序要求材料是应变强化的,并接受三种强化的应力-应变关系:(1)Ramberg-Osgood应力-应变关系,(2)双线性应力-应变关系,(3)以离散点数值输入的任意凸强化的应力-应变关系。 用本文的方法计算了梁、框架、矩形板和加筋板壳在各种边界条件和不同荷载工况下的弹塑性屈曲荷载。计算结果与解析解及有关作者的数值和实验结果很好符合。     

无拉力弹性地基上矩形板屈曲/后屈曲问题的辛求解方法

无拉力弹性地基上矩形薄板的屈曲/后屈曲问题是板壳力学中一类重要课题,在工程中有着大量应用.因涉及接触非线性,目前主要采用数值方法对该类问题进行求解,发展具有重要基准价值的解析方法是当前面临的一项挑战.针对上述问题,本文将板划分为若干包含强制边界条件的板,形成子问题,在辛空间下利用分离变量与辛本征展开对子问题进行解析求解,通过子问题边界处的连续条件确定板与地基的接触状态;通过迭代求解上述过程,获得子问题划分的收敛结果,并得到最终屈曲载荷及模态.结果表明,无拉力弹性地基与Winkler地基上板的屈曲行为存在显著差异,且无拉力弹性地基的刚度对板的屈曲载荷与屈曲模态均有重要影响.在此基础上,结合Koiter摄动法与辛方法,对无拉力弹性地基上矩形板的后屈曲问题进行求解,获得板的后屈曲平衡路径.所得到的屈曲与后屈曲分析结果均与有限元计算结果吻合良好,确认了本文结果的正确性.由于本文方法数学推导严格,求解效率高,因此不仅为研究无拉力弹性地基上矩形薄板的屈曲/后屈曲行为提供了一种有价值的理论工具,更有望拓展至更多复杂板壳力学问题的求解.     

非均匀径向冲击下圆柱塑性动屈曲

本文采用王仁等提出的塑性动力屈曲的能量准则讨论了圆柱壳在不均匀的外部径向冲击下的塑性动屈曲问题。获得了屈曲的占优波数公式及临界冲击速度公式，初步的实验证明本文的结论是合理的。同时进一步证明该能量准则的有效性。     

非均匀径向冲击下圆柱壳塑性动屈曲

本文采用王仁等提出的塑性动力屈曲的能量准则讨论了圆柱壳在不均匀外部径向冲击下的塑性动力屈曲问题,获得了屈曲的占优波数公式及临界冲击速度公式,初步的实验证明本文的结论是合理的.同时进一步证实该能量准则的有效性.     

屈曲前变形对加筋圆柱曲板侧压稳定性的影响(线性一致理论)

一、前言航空结构中,经常遇到加筋园柱曲板在侧压作用下的稳定问题。曾有许多作者[1],[2],[3],[4]研究过加筋园柱壳的弹性稳定问题,并讨论了加筋偏心的影响。[4]还考虑了屈曲前变形的影响。我们曾在[5],[6]中讨论过简支园柱曲板的侧压稳定问题。[5]是将曲板作为各向异性板处理,[6]考虑了加筋离散性的影响。但是,[5][6]均假定屈曲前,曲板为薄膜应力状态。由于简支园柱曲板,在侧压作用下,屈曲前已有弯曲变形,并非薄膜应力状态,因而理论分析与实      

非均匀径向冲击下圆柱壳塑性动屈曲

本文采用王仁等提出的塑性动力屈曲的能量准则讨论了圆柱壳在不均匀的外部径向冲击下的塑性动屈曲问题，获得了屈曲的占优波数公式及临界冲击速度公式，初步的实验证明本文的结论是合理的。同时进一步证明该能量准则的有效性。     

U型波纹管及相关结构环向屈曲的有限元分析(Ⅰ)--基本方程及环板的屈曲

U型波纹管是现代管道系统中最常见的一种位移补偿器 ,它由环板和具有正、负Gauss曲率的半圆环壳组成 ,在管道所传输的介质的压力作用下会发生屈曲。其中环向屈曲最为复杂 ,精确的理论分析非常困难 ,有限元分析也不多见。作者在分析前人工作的基础上 ,以圆环壳段为单元 (特定的旋转壳段单元 ,能自动退化成环板单元 ) ,限于弹性范围和线性化特征值问题 ,对介质压力作用下U型波纹管及其相关结构 (圆环板、圆环壳、半圆环壳 )的环向屈曲问题进行了分析。考虑了结构屈曲前的弯曲 ,计及压力的二次势能 ,导出的应力刚度矩阵和载荷刚度矩阵是非对称的。全部工作分为三部分 :(Ⅰ )基本方程 ,环板的屈曲 ;(Ⅱ )圆环壳、半圆环壳的屈曲 ;(Ⅲ )波纹管平面失稳的机理。本文为第一部分 ,除推导公式外 ,对不同边界和不同内外径之比的环板在径向均匀压力作用下的环向屈曲进行了计算 (轴对称的径向屈曲作为特例得到 ) ,给出了前屈曲应力分布、临界载荷及相应的屈曲模态 ,并将临界压力的值与前人基于vonK偄ｒｍ偄ｎ大挠度板的精确解进行了比较 ,吻合良好。     

板、壳有限变形分析

薄平板的有限变形理论在1874年出版的Kirchhoff的力学教程中已有讲述,并引入中法线守恒的简化变形假设。在壳体变形理论方面,Aron(1874)首先采用Gauss的曲面参数表示法建立中面几何学,并用弹性力学的一般观点求得薄壳形变势能表达式,结果和Kirchhoff在板问题所得形式相同。但在十九世纪,对板壳力学的发展障碍,是没有建立和梁结构力学方法一样具有简单数学结构的微分方程,藉以解答各类边界支承的实用板壳问题。在本世纪初期,Love,Flügge,Timoshenko等人对板壳理论作了全面发展,他们的贡献是人们所熟知的。但由于缺乏一种严格的数学分析方法,各位学者对板壳空间变形的应变分量与曲率改变的计算公式存在差异,引起长期争论,问题难以解决。      

安全壳中钢衬壳热屈曲问题理论与实验研究(Ⅱ)──实验部分

钢衬壳热屈曲问题是核工程安全壳设计中的主要问题,但实验研究方面的文章发表得不多文中以200兆瓦核电站安全壳中钢衬壳为研究对象,采用局部1：1模型,测得了钢衬壳热屈曲温度和应变载荷,给出了钢衬壳屈曲和初始后屈曲过程中挠度和温度关系、以及膜应变和温度关系,实验测得钢衬壳具有局域屈曲的现象,实验屈曲载荷与理论结果符合较好     

安全壳中钢衬壳热屈曲问题理论与实验研究(II)--实验部分

钢衬壳热屈曲问题是核工程安全壳设计中的主要问题,但实验研究方面的文章发表得不多.文中以200兆瓦核电站安全壳中钢衬壳为研究对象, 采用局部1:1模型,测得了钢衬壳热屈曲温度和应变载荷, 给出了钢衬壳屈曲和初始后屈曲过程中挠度和温度关系、以及膜应变和温度关系, 实验测得钢衬壳具有局域屈曲的现象, 实验屈曲载荷与理论结果符合较好.     

圆柱壳在侧向非对称冲击载荷下的塑性动力屈曲

采用塑性动力屈曲能量准则，对圆柱壳非均匀局部径向冲击下的塑性动力屈曲进行了研究。文中分别采用弹性的角弹簧和位移弹簧模拟非屈曲部分对屈曲部分的影响，推导了有关模态和临界速度的冲击公式，并与有关的实验结果进行了比较，分析了两种边界对塑性动力屈曲的影响。     

考虑损伤效应的开孔浅球壳的非线性动力响应与动力屈曲

研究损伤对开孔浅球壳非线性动力响应与动力屈曲的影响.基于Talreja张量内变量损伤模型,建立了纤维增强复合材料板壳弯曲问题的损伤本构关系,导出了考虑损伤效应的具轴对称变形正交各向异性开孔浅球壳的非线性运动控制方程.对未知函数在空间域采用正交点配置法离散,时间域采用Newm ark-β方法离散.数值结果表明,由于损伤导致结构刚度不断削弱,结构振幅增大而频率减小,结构的动力临界屈曲载荷降低.     

柱壳在轴向冲击载荷作用下动态塑性屈曲的实验研究

圆柱壳的动态塑性屈曲问题的研究主要是集中在屈曲模态方面，至于屈曲的临介载荷与临介时时间则研究的较少，ＳＨＰＢ用于研究材料在高应变率下动态力学性能已为大家所熟悉，但用于研究结构的动态屈曲则未见报道，本文利用一装置对柱壳的动态塑性屈曲进行了实验研究，测出了壳体屈曲过程的载荷，轴向缩短量与时间的关系曲线，得到屈曲时的临介载荷与临介时间，同时发现壳体屈曲变形的一些规律并与静态实验的结果进行了比较，为理论分     

均匀受压矩形管的屈曲后板组效应研究

本文根据势能驻值原理,建立了均匀受压矩形管的大挠度弹性屈曲理论,用于分析屈曲后相邻板件间的相互约束作用,即屈曲后板组效应。该方法通过引入拉格朗日乘子,使系统总势能取驻值的同时,形函数能满足一系列基本的,但非完备的边界条件;在此基础上采用增量法将非线性方程组线性化,从而确定给定荷载下矩形管的受力状态及变形。由于系统总势能是以解析式的形式给出,且仅需取有限的级数项就可达到满意的精度,故该半解析法具有计算效率高的特点。目前许多国家的钢结构设计规范中,在计算受压板件的有效宽度时,常采用板组约束系数来考虑板组效应。由于有效宽度法本身考虑了板的屈曲后强度,而约束系数多数却是建立在小挠度弹性屈曲理论上的,故有必要分析板件的屈曲后板组效应。本文详细讨论了矩形管的屈曲后板组效应,并与小挠度理论给出的计算结果进行比较,得出了均匀受压矩形管屈曲后板组效应减弱的结论。     

圆柱壳受轴向压缩塑性稳定性的实验研究

圆柱壳受轴压的塑性稳定性的理论,曾有很多人进行过大量的探讨,但是,在实验方面研究的文章却发表得较少.本文给出了用AM 和1T 铝合金圆柱壳所做的大量实验.首先描述了观察到的失稳过程,给出了失稳时的最大载荷,它们与不考虑卸载的全量理论所算出的临界载荷符合较好.其次,给出了1T 铝合金圆柱壳塑性失稳和弹性失稳的范围,以及小挠度理论的适用范围.最后,给出了R/h 与失稳时出现轴对称波与菱形波半波数之间的关系.