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相似文献
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1.
宋广凯  孙博华 《力学学报》2021,53(2):448-466
柱壳结构广泛应用于各个领域, 但由于其对初始缺陷较为敏感, 容易发生灾难性的屈曲失稳. 本文利用非线性有限元分析程序ABAQUS研究了柱壳屈曲问题, 并应用到了易拉罐的屈曲分析. 首先采用数值模拟的方法验证了Virot等学者的易拉罐屈曲试验结果, 然后为了获得屈曲的一些普适结果, 进一步考察了柱壳的屈曲表现. 对柱壳结构在不同载荷组合、不同几何参数作用下进行了细致分析. 为了讨论的直观, 本文绘制了柱壳结构在受到侧压-轴压载荷作用下外力-屈曲载荷-位移三维屈曲地貌图(称为landscape). 结果表明: 在侧压-轴压-扭转载荷作用下, 试件力-位移曲线出现了"cliff"(断崖)现象; 扭转载荷的施加不利于试件整体稳定性, 并造成了试件对初始缺陷的敏感性; 对于受到轴压-扭转载荷作用的试件, 本文定义承载力为零的平面为"sea level"(海平面)来区分试件破坏模式; 通过对不同边界条件的试件进行分析, 发现试件两端固定可以有效地增加结构的承载能力, 提高稳定性. 对柱壳结构内部充气可以大幅度提升结构的承载能力和稳定性, 减小对初始缺陷的敏感度.   相似文献   

2.
双稳态结构一般均由复合材料制作而成,然而复合材料有其固有的缺陷,即采用正对称铺层的层合板在弯曲过程中会产生扭转变形,而采用反对称铺层的层合板容易受到温度影响.对于各向同性材料结构,在变形过程中既没有拉弯耦合效应也没有弯扭耦合效应.本文据此建立了存在预应力的各向同性材料圆柱壳的双稳态力学模型,给出了其变形过程中的弯曲应变能和拉伸应变能的表达式.结果表明,预应力柱壳总应变能有两个极小值,故柱壳存在两个稳定状态,通过计算得到了结构卷曲半径的大小.同时,对双层壳的双稳态过程进行了有限元数值模拟.数值结果与理论模型解吻合很好.  相似文献   

3.
含凹坑缺陷圆柱壳的数值极限分析   总被引:3,自引:0,他引:3  
使用文[1]提出的三维结构塑性极限分析的一般计算方法,我们对含凹坑缺陷的圆柱壳进行了数值极限分析.对凹坑和筒体各种组合的几何参数,本文给出了筒壳极限压力的上限.计算结果与现有的理论、实验和数值解进行了比较.本文调查和评估了各种形状和尺寸的凹坑对筒壳极限承载能力的影响规律,研究了对应于不同凹坑尺寸的筒壳两种典型的破坏模式.根据以上数值结果,本文采用几何参数G来反映凹坑各参数对筒壳极限压力的综合影响,并给出了估计带凹坑筒体极限压力的拟合公式.本文结果对含凹坑缺陷压力容器的安全评估具有重要参考价值  相似文献   

4.
罗珊  王纬波 《应用力学学报》2020,(1):161-167,I0011
对受压球壳进行特征值屈曲分析,得到了前6阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷;采用弧长法进行非线性有限元分析,对理想球壳施加初始扰动,通过2次扰动值折半的方法求得引起结构屈曲的最小扰动值,追踪到了屈曲分支点和全过程载荷-位移路线。基于前6阶屈曲模态位移,在受压球壳中分别引入2.5mm和1mm两种缺陷值,分析缺陷对球壳屈曲特性的影响。结果表明:取壳厚的0.5%即0.05mm时,得最小扰动值,近似模型与完善结构极值载荷的差值为0.93%;球壳是缺陷敏感性结构,缺陷的幅值和分布都对其极限载荷有影响,缺陷幅值与厚度比为0.1时,缺陷球壳承载力相对理想结构下降了约11%,缺陷幅值与厚度比为0.25时,承载力相对下降了约30%,说明提高球壳稳定性需要提高球壳加工精度。  相似文献   

5.
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.  相似文献   

6.
单层网壳结构是缺陷敏感结构,初始几何缺陷不同对"网壳截面优化结果"有显著影响,该文研究了网壳杆件截面取值与缺陷分布、结构极限承载力之间的关系.结果表明:经截面优化设计的网壳结构最不利应力最早并且一直出现在初始几何缺陷较大处;优化寻优结果与初始几何缺陷分布有直接关系,增大缺陷较大处杆件截面能显著提高结构承载力;由于缺陷随机分布,经截面优化设计的网壳结构须校核其在不同缺陷下的稳定承载力以确保结构安全.  相似文献   

7.
为了缩减开口柱壳结构的振动,本文基于Lagrange方程以及Sanders薄壳理论建立了局部约束阻尼开口柱壳的动力学模型,分析了粘弹性单元分段数和厚度、阻尼单元占空比以及约束层敷设角和厚度对结构前三阶模态损耗因子和固有频率的影响,得到了各参数对结构振动特性的影响规律.并以前三阶损耗因子为目标,应用NSGA-Ⅱ遗传算法对...  相似文献   

8.
?????? 《力学与实践》1990,12(3):54-54
<正> 1.文献[1]中的可疑结论文献[1]利用小参数展开的方法,对具有轴对称几何缺陷圆柱壳进行了静力分析.这个想法很好.但是,该文却得出了一个奇怪的结论:“通过对零阶近似方程的讨论发现:缺陷壳形状函数的性态对零阶近似方程的性态影响很大.缺陷壳的零阶解不一定只反映完善壳的解.”,“按通常的想象,只要缺陷的幅度很小,那么缺陷的作用就应该只反映在一阶近似中,零阶近似解应该是完善柱壳的解,然而,这里却出现了违反直觉  相似文献   

9.
以工程中常用的双曲壳结构如圆柱壳、球壳、双曲抛物壳为研究对象,利用薄扁壳理论,基于瑞利-里兹法和切比雪夫多项式求得了几种边界条件下的双曲扁壳的自由振动固有频率,并与ANSYS分析结果进行了对比,验证了该方法的适用性。详细研究了在不同边界条件下的双曲扁壳的几何参数、初始几何缺陷尺寸、初始几何缺陷密集程度对频率大小、频率转向、振型变化的影响。结果表明:随着壳体结构厚度的增加及曲率半径的减小,壳体的固有频率会增加;几何缺陷半波数及缺陷尺寸对频率影响情况较为复杂,并且会使系统发生频率转向问题,这些结果对于工程实际具有重要的理论指导意义。  相似文献   

10.
带有裂纹和缺陷孔洞的板的问题是一个多连域的边值问题,这类问题适合用边界元法所具有的高精度特性来求解.采用子域边界元法,在平面应变的条件下对存在中心裂纹的平面板受远处拉伸和剪切裁荷的作用进行了数值分析.研究了圆形孔洞对Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子的影响,与有限元法进行了对比,求解结果更加精确.计算了椭圆形孔对Ⅰ型应力强度因子的影响,得到了一些有意义的结果,并对移动接触弹性体作用下的带裂纹板进行了钻孔研究.  相似文献   

11.
圆柱壳是工程实际中广泛应用的结构,其主要破坏形式是屈曲失稳.作为力学领域的经典问题,圆柱壳稳定性问题的研究非常之多.其中,受均匀轴向压力的圆柱壳由于临界屈曲载荷的理论预测值与早期试验结果之间的巨大差异,更是推动了壳体稳定性理论的不断发展.本文简要回顾了壳体稳定性理论的发展和分类,并对轴压圆柱壳体试验结果分散且远低于理论预测值的原因及含缺陷圆柱壳体的稳定性研究方法进行了总结,然后综述了地下空间顶管、储油罐、加筋圆柱壳及脱层圆柱壳等实际工程中广泛应用的圆柱壳结构稳定性研究的现状和趋势,最后展望了将来对工程应用中圆柱壳结构的稳定性研究的难点和方向.  相似文献   

12.
利用随机场对圆柱薄壳结构的初始几何缺陷进行建模,并据此建立了一种用于含初始几何缺陷轴压圆柱薄壳屈曲分析的随机分析方法。首先,指出已有将圆柱薄壳初始几何缺陷表征为二维高斯随机场的方法会导致与实际不相符的初始几何缺陷,如圆柱周长显著增大或缩小的几何缺陷。其次,提出一种考虑周长不变约束的随机场建模方法,以剔除与实际不相符的随机几何缺陷。最后,基于所建立的初始几何缺陷随机场模型,利用非干涉多项式混沌展开法进行圆柱薄壳的随机屈曲分析,给出临界屈曲载荷的概率分布。数值试验结果表明,基于随机场理论的初始几何缺陷建模方法可有效刻画几何缺陷对结构承载能力的影响,而提出的约束随机场建模方法又能有效减小结果的分散性。  相似文献   

13.
本文综述了圆筒壳稳定性中初始几何缺陷的几个重要问题。讨论了初始几何缺陷对圆筒壳临界载荷的基本效应,它的随机性、测量以及相应的数据库的建立。最后介绍了失稳破坏占主要地位的壳体结构的交互设计的基本思想和方法,并对进一步的研究工作提出了看法。   相似文献   

14.
The paper outlines a numerical method for stability analysis of cylindrical shells with initial imperfections. We solve a nonlinear buckling problem for a cylindrical shell with variable wall thickness under surface pressure. The imperfections of the shell are modeled as the first buckling mode. A probabilistic approach is used to determine the reliability against buckling of the cylindrical shell with the probability density of initial imperfections represented by uniform distribution, triangular distribution, or Gaussian distribution  相似文献   

15.
The results of an experimental and analytical study of the effects of initial imperfections on the buckling and postbuckling response of three unstiffened thin-walled compression-loaded graphite-epoxy cylindrical shells with different orthotropic and quasi-isotropic shell-wall laminates are presented. The results identify the effects of traditional and non-traditional initial imperfections on the non-linear response and buckling loads of the shells. The traditional imperfections include the geometric shell-wall mid-surface imperfections that are commonly discussed in the literature on thin shell buckling. The non-traditional imperfections include shell-wall thickness variations, local shell-wall ply-gaps associated with the fabrication process, shell-end geometric imperfections, non-uniform applied end loads, and variations in the boundary conditions including the effects of elastic boundary conditions. A high-fidelity non-linear shell analysis procedure that accurately accounts for the effects of these traditional and non-traditional imperfections on the non-linear responses and buckling loads of the shells is described. The analysis procedure includes a non-linear static analysis that predicts stable response characteristics of the shells and a non-linear transient analysis that predicts unstable response characteristics.  相似文献   

16.
Composite cylindrical shells interacting with an internal fluid flow are analyzed for stability. It is assumed that the shells have small initial geometrical imperfections. The effect of axisymmetric and nonaxisymmetric initial deflections on the critical speeds of the fluid, which cause static (divergent) or dynamic (flutter) loss of stability, is studied  相似文献   

17.
The effect of local geometric imperfections on the buckling and postbuckling of composite laminated cylindrical shells subjected to combined axial compression and uniform temperature loading was investigated. The two cases of compressive postbuckling of initially heated shells and of thermal postbuckling of initially compressed shells are considered. The formulations are based on a boundary layer theory of shell buckling, which includes the effects of the nonlinear prebuckling deformation, the nonlinear large deflection in the postbuckling range and the initial geometric imperfection of the shell. The analysis uses a singular perturbation technique to determine buckling loads and postbuckling equilibrium paths. Numerical examples are presented that relate to the performances of cross-ply laminated cylindrical shells with or without initial local imperfections, from which results for isotropic cylindrical shells follow as a limiting case. Typical results are presented in dimensionless graphical form for different parameters and loading conditions.  相似文献   

18.
通过对拱顶储罐罐壁承受轴向载荷、初始几何缺陷及轴压失稳状况研究,指 出在固定顶罐设计、建造和运行各阶段都应进行罐壁轴压稳定性校核. 根据圆柱薄壳稳定性 理论和轴压失稳临界应力数值分析计算结果,提出固定顶罐罐壁轴压稳定性校核方法和数学 模型,并运用回归分析方法建立罐壁轴压失稳临界应力计算公式. 对几种常用规格的拱顶罐 有初始挠度缺陷罐壁轴压稳定性分析表明:随储罐容积和罐壁初始挠度增大,罐壁轴压稳定 性呈减弱趋势.  相似文献   

19.
The classical method of stability analysis and the reduced-stiffness method are used to evaluate the critical loads and the lower bounds of sensitivity to imperfections in buckling of longitudinally loaded elastic cylindrical shells with local imperfections in the form of axisymmetric longitudinal dents.  相似文献   

20.
The stability equations presented in this paper—formulated using the Ljapunov criterion—are characterized by the fact that any fundamental motion state of imperfect shells can be put into them in order to examine its kinetic stability. Using the established stability equations, specific analyses of the individual effects on the kinetic buckling loads can be performed. In view of the significance of the applied disturbance concept, it is intended to incorporate imperfections into the theory for perfect structures in a form as general as possible and to use them as disturbance-induced quantities of the perfect initial geometry.In order to be able to distinctly analyse the effects of quite different individual influences on the kinetic buckling loads, the respective portions are as well separated to prepare the numerical implementation. In doing so, a compact equation of work is obtained which—using the tensor calculus—permits a clear and very effective numerical implementation. The use of stability equations valid for shells of any geometry and suitable for a large variety of imperfections is demonstrated for a circular cylindrical shell with a bulge-type imperfection as an example.  相似文献   

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