旋转壳及附属结构应力分析软件系统

本文概述了近年来旋转壳应力分析软件系统的一些最新发展。它主要是结合电力建设中超大、超高冷却塔设计和施工中提出的壳筒、离散支柱的整体静力分析及抗震研究，不均匀地基及其沉陷，大塔稳定性，离散支柱局部缺断后的壳体应力分布等力学问题，通过新单元的开发和新算法的数值实现两个方面的工作，在文［１］的基础上，开发了一个旋转壳及附属结构应力分析软件系统．近年来这个系统对一些工程的实际应用表明，它是有效可靠的．     

加肋和离散支承旋转壳的应力计算

本文用有限元法研究了加肋和复合材料弹性旋转薄壳的静力问题。分别考虑了密集肋与离散环向肋两种情形。对于密集肋,计入了肋的偏心影响,将此类问题简化为各向异性壳的静力问题。对于离散环肋,准确处理了肋和壳的耦合。考虑了旋转壳离散支承对应力分布的影响。为了得到支承附近的真实应力,进行了二次计算。多数算例与分析解做了比较,说明本文所提供的方法和程序是可靠的。     

基础的局部沉陷对自然通风冷却塔应力的影响

本文讨论了由于基础的局部沉陷而引起的自然通风冷却塔的应力。对于自然通风冷却塔,采用了文献［１］的高精度环壳单元。对于离散支承,采用了梁单元,按循环对称结构处理。运用最小方差拟合得到了沿环向沉陷值的富氏系数,用这些系数作为旋转壳、支柱整体第一次计算的未边界条件。为了得到支承附近的应力进行了二次计算￣［１］．数值分析的例子表明本文运用的方法对设计是有用的。     

一类梁系结构线性稳定性分析的简化处理

本文给出了旋转壳与支承支柱系统组合结构线性稳定性分析的简化处理方案，即将空间梁系结构每根梁的单元刚度了四及几何阵按离散富氏系数变量叠加得等效刚度阵及几何阵。从所给算例智 ，这一简化处理是成功的，也说明稳定性分析反映的是结构的总体效应，局部区域的简化处理对整体结构临界载荷影响不大，但可使计算量大大减少。本文的计算方案及程序已应用于实际的冷却塔设计。     

前屈曲应力状态对组合加肋旋转壳失稳临界压力影响的探讨

推导了包含前屈曲弯矩和横剪力的旋转壳弹性稳定性基本方程.运用Riccati传递矩阵法对组合加肋旋转壳算例进行了稳定性分析,并与假设前屈曲状态为薄膜应力状态计算出的失稳临界压力进行了比较.结果表明,前屈曲弯矩和横剪力对组合加肋旋转壳失稳临界压力的影响较小,随着壳板厚度和肋骨尺寸的增大及肋骨间距的缩短,影响略有增大.因而,分析组合加肋旋转壳弹性稳定性时,前屈曲状态采用薄膜应力状态的假设是合理的.     

正交各向异性旋转壳的塑性拉伸失稳

研究了正交各向异性旋转壳的拉伸塑性失稳，给出了失稳条件下强化材料旋转壳的应力和应变。     

旋转厚壳的自由振动计算

由板壳理论及Ｍｉｎｄｌｉｎ假设，导出了旋转厚壳的一阶基本微分方程组。求解时采用了子结构离散变量法。文末给出了算例。     

绕径旋转横观各向同性圆球壳的变形和应力分析

本文用三维弹性力学理论研究绕径旋转横观各向同性圆球壳的变形和应力分布，给出任意厚度圆球壳的位移和应务的封闭形式解以及数值结果。研究表明球壳上的位移和应力大小与旋转角速度的平方成正比，球面内的正应力远大于径向正应力和剪应力。     

一类梁系结构线性稳定性分析的简化处理

本文给出了旋转壳与支承支柱系统组合结构线性稳定性分析的简化处理方案,即将空间梁系结构每根梁的单元刚度阵及几何阵按离散富氏系数变量叠加得等效刚度阵及几何阵。从所给算例知,这一简化处理是成功的,也说明稳定性分析反映的是结构的总体效应,局部区域的简化处理对整体结构临界载荷影响不大,但可使计算量大大减少。本文的计算方案及程序已应用于实际的冷却塔设计。     

旋转壳非线性蠕变分析

基于现有的蠕变理论,本文推导出复杂应力状态下的蠕变本构方程,以内力与转角为基本未知量,得到旋转壳在轴对称载荷作用下的非线性蠕变控制方程.对基本未知量在空间上采用样条配点法离散,在时域上采用初应力法离散,求出壳体在不同时域的蠕变应变和应力,而最终可求出蠕变后的稳态应力重新分布.计算结果表明同,本文分析方法是有效的.     

几何非线性对旋转园柱壳振动特性的影响

本文动用有限元法，采用九结点超参数壳单元计算放置园柱壳的振动特性，考虑了横向剪切以及轴向变形的影响。对于旋转园柱壳达到平衡位置以前的状态，用大变形非线笥板壳理论处理，并假设园柱壳在平衡位置附近作微振动，建模中考虑了科氏力，离心力，初应力以及由大变形引起的几何非线性的影响，通过对一个一固定一端自由的旋转园柱壳在考虑和不考虑大变形几何非线性这两种情况下的比较，阐明了在高速时大变形下几何一性对旋转壳的固     

可视化技术及其在光测力学中的应用

本文探讨了可视化软件系统的开发及可视化技术在光测力学中的应用问题。介绍了我们开发的条纹图象处理软件系统的视—算一体化的图象处理功能；应力波传播的波前可视化；应力主方向的全场彩色显示；及单向拉伸实验的干扰的特征可视化     

弹性体的正则方程和加筋板的固有频率分析

应用弹性力学的Hamilton正则方程理论和其半解析法，为整体加筋板的固有频率分析提出了一种新颖的数学模型. 采用同一种平面元素离散板和加强筋，并分别建立板和加强筋的线性方程组. 考虑到板和加强筋连接界面上应力和位移的连续性，联立板和加强筋的方程得到全结构的方程组和求解固有频率的特征方程. 主要优越性表现为：结构的旋转惯性、剪切变形等都得到了考虑，且不限制结构的板厚度和加强筋的高度. 多个数值实例的收敛分析和结果证明了方法是可靠的. 该方法很容易被修改用来分析加筋壳、加筋压电材料层合板或带有压电材料传感器和驱动器块的板壳问题.     

考虑环形基础及土壤刚度时双曲冷却塔的动力特性

近年来,已有许多关于双曲冷却塔动力特性的文章.但塔壳的底部都是固定的,或者将其离散支柱系统考虑为弹性边界条件.本文将双曲冷却塔的离散柱支承系统处理为一个等效的壳体单元,同时考虑双曲冷却塔的环形基础及土壤刚度,使用解析法与半解析有限元法相结合计算了完整的双曲冷却塔系统的动力特性.其自然频率比不考虑环形基础和土壤刚度时略低一些,而冷却塔的振形则变化较大。     

计算旋转壳振动的一种半解析方法

从锥壳理论出发,导出计算旋转壳自由振动的一阶微分方程组,采用离散变量法进行求解。对于经线出现尖角及具有分支结构的情况,介绍了相应的处理方法。     

用正交曲线坐标系中的曲壳单元分析旋转壳的自由振动

本文采用正交曲线坐标系中考虑横向剪切变形的双曲旋转壳单元,对几种不同类型的旋转壳的自由振动进行了分析。为了计算封闭和半封闭的旋转壳,本文用半解析法,由位移连续条件导出旋转壳顶点的两类位移限制条件,并通过结圆自由度的变换,将其转换为齐次形式。当壳体的经线有折角时,我们采用模态综合法分析它的固有振动特性。     

基于渐近传递函数解的截锥壳单元

普通截锥壳单元是分析旋转壳结构的常用单元,但应力计算的精度较差;而渐近传递函数解在圆锥壳的应力分析方面具有很高的计算精度。本文针对一般截锥壳单元应力计算精度不高的缺点,将传递函数法与有限元法进行结合,以圆锥壳的渐近传递函数解为插值函数,直接构造了一种高精度的截锥壳单元,该单元位移插值模式满足相容性和完备性要求,并具有力学概念清楚、计算精度高等特点。数值算例表明,采用该单元进行圆锥壳的内力和自由振动     

自引力旋转球壳的弹性力学解

考虑旋转对自引力球壳的影响,借助MATHEMATICA符号计算软件求解了Navier方程,得到了自引力旋转球壳的弹性力学解析解,给出了应变和应力张量的解析表达式,并分析了应变和应力张量的性质,得到了在球壳或球体内主应力最大的位置,即在极角θ≈49°和θ≈131°处,或在纬度41°S和41°N处。     

加速旋转变厚度锥壳和圆盘中的应力

通过求解球坐系中的弹性力学平衡方程，得到线性变厚度锥壳和圆盘在角加速旋转中位移和应力的封闭形式解，从而发现锥壳式圆盘中的剪应力只与几何尺寸、材料密度和角加速度有关，而与材料的弹性常数无关，文末的数字结果表明，变厚度圆盘的变形和应力与等厚度圆盘相比有较大的不同。     

板壳结构满应力设计及在MSC/Nastran软件上的实现

根据满应力准则和板壳结构的应力与内力的关系,推导了求解板壳结构满应力设计的迭代关系式。采用无量纲设计变量实现变量连接,一个设计变量可以控制多个不同厚度的单元,扩大了程序的适用范围。在MSC/Nastran软件的基础上开发了适用于多工况、多变量的板壳满应力优化程序。利用Nastran的开放性,借助Pat-ran提供的PCL(Patran Command Language)开发环境,程序完全和Patran及Nastran融为一体。首先在Patran中建立有限元模型,利用Nastran进行有限元分析,按照满应力准则对设计变量调整,然后再次利用Nastran进行分析,这样反复迭代直到结构重量收敛。数值算例表明算法的可靠性、精确性和高效性,程序能够满足工程实际需要。