激光辐照下圆柱壳结构的稳定性分析

针对航天工程中常用的承受轴压作用的薄壁圆柱壳,分别采用解析方法与特征值屈曲有限元方法分析了圆柱壳结构在均匀轴压作用下的稳定性能,得到了屈曲承载力.并进行了对比,验证了有限元模型的合理性.采用线性屈曲特征值有限元方法分析了强激光辐照作用下圆柱壳的稳定性能,分析表明激光辐照导致壳体局部温度上升并由此带来材料参数的改变,是因为激光辐照在壳体中引起了热应力与热应变,使轴压圆柱壳的屈曲承载力明显降低.论文还着重对加筋圆柱壳结构的稳定性进行了研究,数值分析结果表明,加筋能有效提高圆柱壳结构的抗压承载力,激光辐照作用下,加筋对轴压作用下圆柱壳的屈曲承载力的提高作用更为明显.     

圆柱壳稳定性问题的研究进展

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．     

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。     

热环境中功能梯度圆柱薄壳分岔屈曲的边界约束效应

基于前屈曲一致理论,研究了热环境中受轴压功能梯度圆柱薄壳分岔屈曲的边界约束效应问题.导出前屈曲变形的解析解,结合分离变量法与有限差分法求解分岔屈曲控制方程,由此导出确定临界轴压的非线性特征值问题.考虑材料热物性质与温度的相关性,分别就两端简支和两端固支边界条件,分析了温度梯度、初始几何缺陷、组分材料体积分数对分岔屈曲临界荷载的影响.结果表明:相比两端简支的情形,两端固支功能梯度圆柱薄壳分岔屈曲的温度敏感性与缺陷敏感性更加明显,但随着温度梯度的增加而有所降低,组分材料的体积分数指数对简支和固支时的缺陷敏感度影响很小,功能梯度圆柱薄壳的边界约束效应随着缺陷幅值增大而减弱.     

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。     

考虑几何缺陷的非均匀加筋圆柱壳结构优化设计

为了提高加筋圆柱壳结构的承载能力,提出了一种新型的非均匀加筋圆柱壳结构设计方案,其中加筋圆柱壳筋条体系采用非均匀布置的方式.本文基于非线性显式动力学方法对非均匀加筋圆柱壳进行了稳定性分析,得到了壳体完善结构和缺陷结构的承载能力.研究结果表明:在不改变结构质量的情况下,非均匀加筋圆柱壳结构以降低壳体两端刚度和增强壳体中部...     

复合材料的多层、夹层和加筋圆柱曲板的稳定和振动

本文在文献〔1,2〕的基础上,考虑了沿壳体厚度方向的剪切变形,探讨周边简支的纤维增强复合材料的正交各向异性的多层、夹层和加筋矩形圆柱曲板(与圆柱壳),在轴压、侧压和剪切(扭矩)作用下的临界载荷和横向振动固有频率的计算问题。在编成计算程序后,用一些算例将用文献〔1〕中的扁壳方程(Donnell壳体理论) 和文献〔3〕中的非扁壳方程(Love的壳体一阶近似理论) 算得的结果作了比较;将轴压下轴对称失稳和非轴对称失稳的临界载荷作了比较;将在轴压和侧压作用下失稳时外加筋曲板和内加筋曲板的临界载荷作了比较;将有薄膜力N_x~0和N_y~0同时和分别作用时与没有薄膜力作用时的横向振动固有频率作了比较;将按壳体的剪切变形理论和经典理论算得的临界载荷作了比较;将铺层情况对临界载荷的影响作了比较。     

含裂纹薄壁圆柱壳弹塑性失稳极限荷载的解析解

为了得到含环向裂纹压弯薄壁圆柱壳失稳的极限荷载,基于Je?ek解析法,先利用裂纹面的平衡方程、变形几何关系和物理方程,得到在压弯荷载作用下圆柱壳轴力与裂纹面挠度的关系式;再利用极值条件,推导出在轴压和弯矩共同作用下含裂纹薄壁圆柱壳失稳时极限荷载的解析表达式.利用数值计算分析裂纹长度、长细比以及端部施加弯矩对圆柱壳极限荷...     

薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析的参数化研究

针对在轴向载荷作用下的正置、正交网格形式的薄壁加筋肋圆柱壳结构，利用有限元程序，对薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析进行了参数化研究，得到了进行结构优化设计的准则，对于给定的设计载荷，当结构参数位于某一个局部失稳与整体失稳的临界区域时，结构的重量最轻。提出了基于有限元分析进行结构优化设计的策略，利用优化策略，获得了一薄壁加筋肋圆柱壳结构的优化设计结果，同时给出了粘合刚度简化模型与有限元计算结果的比较。     

变角度纤维复合材料圆柱壳的轴压屈曲

变角度纤维复合材料的纤维方向角可沿铺层面内连续变化,因此相应结构的性能具有更高的设计灵活性和更大的优化空间．本文假设纤维方向角沿圆柱壳的轴向呈正弦函数变化,对变角度纤维复合材料圆柱壳在两端简支边界条件下的轴压屈曲问题进行研究．基于Donnell经典壳体理论,推导变角度纤维复合材料圆柱壳的前屈曲控制方程并运用伽辽金法进行求解,然后采用瑞利里兹法求解屈曲问题．通过和现有文献及有限元数值结果的对比,验证了本文模型的收敛性和正确性,通过数值算例分析了纤维起始角和终止角的变化对圆柱壳的屈曲临界荷载的影响．本文的研究结果可为变角度纤维复合材料圆柱壳的分析和设计提供一定的参考．     

外压加筋圆柱壳总体屈曲Koiter——边界层奇异摄动法

将Ｋｏｉｔｅｒ理论和奇异摄动理论中的边界层法相结合处理加筋圆柱壳无因次化非线性边界层型Ｋａｒｍａｎ－Ｄｏｎｎｅｌ方程由分支点和边界层导致的双重奇异性，提出外压加筋圆柱壳总体屈曲Ｋｏｉｔｅｒ—边界层奇异摄动法。从摄动意义上分析边界条件，前屈曲非线性和初始几何缺陷对外压加筋圆柱壳屈曲载荷的影响。算例表明，本方法具有良好的计算效率和计算精度，与数值解相比更能揭示内在影响规律。     

中厚圆柱壳在局部荷载下有限变形与屈曲分析

在柱壳的有限元计算中，采用Mindlin八结点杂交壳单元和增量荷载法，基于选择积分，缩减积分及完全积分三种积分模式编制了分层计算各种厚度板壳的有限元程序FEAM，并对中厚圆柱壳在局部法向均布荷载作用下的弹塑性有限变形和屈曲问题进行了分析和计算，算例表明，利用FEAM可对壳体屈曲的临界荷载及屈曲后结构的承载与形状改变作定性与定量的分析.     

用传递矩阵法计算圆柱壳轴压失稳极值点载荷

从含初缺陷的非线性柱壳方程出发，导出了屈曲状态量的非线性方程。用传递矩阵法（ｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔｒｉｘ）进行迭代求解，得到了圆柱壳受轴压失稳极值点临界载荷，并与ＫｏｉｔｅｒＡｒｂｏｃｚ的结果作了比较。     

充内压的整体加劲圆柱壳承受轴压的稳定性

本文概述了充内压整体加劲圆柱壳承受轴压的稳定性的实验和理论研究结果.在非加劲圆柱壳和两种网格型整体加劲圆柱壳稳定性试验的基础上,讨论了充内压的整体加劲圆柱壳在轴压作用下的失稳特点.分析表明,可按过屈曲平衡状态的分歧点,近似地决定实际屈曲的总体失稳载荷.     

含有初始缺陷双曲扁壳的固有振动特性分析

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。     

含有初始凹陷圆柱壳稳定承载能力的实验研究与数值计算

对含有初始轴对称凹陷的圆柱壳在轴向载荷作用下的稳定承载能力进行了研究。首先,通过实验研究,得到了不同凹陷参数及不同壳长条件下的临界载荷。同时,不考虑凹陷成形过程,仅把凹陷部分当做结构的不规则变化时,对含有凹陷圆柱壳建立三维有限元模型进行稳定性分析。在分析中考虑了初始缺陷(圆柱壳成形加工中的不平直度、椭圆度、初始弯曲等因素引起)幅值f0=0.1t和f0=0.2t(t为壳体壁厚),得到了不同凹陷参数及不同壳长的临界载荷。结果表明:含有凹陷圆柱壳稳定承载能力对初始缺陷不太敏感,即:初始缺陷与凹陷相比,对稳定承载能力的影响极小。数值计算结果与实验结果吻合较好,共同给出了含有初始轴对称凹陷圆柱壳的承载能力随凹陷幅值、长度及圆柱壳长度的变化而改变的规律。     

基于弧长法的受压球壳稳定性分析

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。     

加筋圆柱壳纯弯作用下蠕变屈曲及弹塑性屈曲

利用给定温度下等时蠕变曲线的几何相似性及比应力-应变曲线法,将蠕变屈曲化为弹塑性屈曲。导出了大挠度情况下加筋圆柱壳一般性的平衡方程、屈曲方程以及相应的变分解法。提出了纯弯下加筋圆柱壳屈曲的简化处理办法。考虑了分叉屈曲和极值屈曲。计算了不同半径-厚度比及不同加筋情况的壳体临界弯矩。结果与已知的实验数据做了间接的对比。     

中厚夹层圆柱扁壳的屈曲分析

基于一阶剪切变形中厚圆柱壳理论,考虑夹心层的面内刚度,根据中厚夹层圆柱扁壳的几何方程、本构关系、平衡方程,建立了中厚夹层圆柱扁壳小挠度屈曲的微分方程;应用广义傅里叶级数解法,得到了四边简支条件下中厚夹层圆柱扁壳屈曲的临界荷载表达式。该表达式可以退化为硬夹心夹层板的表达式,表明本文推导过程的正确性。本文还讨论了夹心层的弹性模量和泊松比以及中厚夹心圆柱扁壳的长宽比和厚度对扁壳屈曲荷载的影响。结果表明:临界荷载与夹心层的弹性模量和泊松比成正比,与扁壳的长宽比和厚度成反比。     

开孔结构的稳定性分析及其应用

缺陷对结构稳定性的影响是直接与结构失效分析有关的重要课题．本文把板壳结构中存在的孔洞作为一种几何缺陷,简述了开孔柱壳非线性分析的理论、变分原理、有限元方法及其对稳定性分析的应用．考察了孔洞的存在对轴压柱壳临界载荷的影响