轴向应力波作用下圆柱壳弹性轴对称动力失稳有限元特征值分析

本文运用有限元特征值分析方法对应力波作用下圆柱壳弹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有限元特征方程,在此方程中考虑了应力波效应及横向惯性效应,把圆柱壳弹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弹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。     

轴向瞬间阶梯载荷下圆柱壳动力屈曲的双特征参数分析

对于轴向瞬间阶梯载荷下圆柱壳的弹性非轴对称动力屈曲问题，将临界应力和屈曲惯性项指数参数作为双特征参数求解。由能量转换和守恒准则，导出压缩波阵面上的屈曲变形附加约束条件。失稳控制方程、边界条件和波阵面上的连续条件，连同此附加约束条件构成求解两个特征参数和动力失稳模态的完备定解条件。由伽辽金法得出求解双特征参数问题的数值方法。     

阻尼约束的圆柱壳在轴向冲击载荷作用下的屈曲分析

建立并求解了受径向阻尼约束圆柱壳的径向位移控制方程,考虑边界条件及相容条件,得到了应力波传播及反射过程中圆柱壳的动力屈曲分叉条件。通过计算得到了应力波传播及反射过程中屈曲临界载荷与应力波传播时间、径向阻尼的关系,以及有阻尼约束和无阻尼约束条件下圆柱壳的屈曲模态。数值计算结果表明:阻尼约束圆柱壳发生轴对称和非轴对称屈曲情况下,临界载荷关于应力波传播时间、径向阻尼的趋势一致;临界载荷随波传播时间的增加逐渐降低并趋于平缓;径向阻尼使圆柱壳的抗动力屈曲能力增强,且应力波反射后圆柱壳从低阶轴向屈曲到高阶轴向屈曲比反射前更容易;径向加阻尼约束后圆柱壳的屈曲模态形状与不加阻尼约束时保持一致。     

轴向压应力波下圆柱壳弹性动力失稳的判据与机理

基于动力失稳瞬间能量的转换和守恒,推导提出了受轴向力圆柱壳弹性动力失稳的判据和两个临界条件.由第一个临界条件导出的圆柱壳弹性动力失稳的控制方程、边界条件、屈曲变形连续条件与利用Hamilton原理推导的结果完全相同,但不足以确定包含在本问题中的两个待定特征参数(临界载荷参数和动力特征参数).由第二个临界条件导出压缩波前的屈曲变形约束方程.基于控制方程有满足边界条件、变形连续条件和波前约束方程的非平凡解的条件,导出关于两个特征参数的一对特征方程.基于特征方程的解,精确地计算出临界载荷参数和动力特征参数的值以及动力失稳模态.由此建立了轴向力作用下圆柱壳弹性动力失稳的特征值分析方法.     

圆柱壳的非线性动力屈曲分析

本文研究在轴向冲击作用下，具有初始几何缺陷的圆柱壳的非线性弹性动力屈曲问题。由于冲击过程中作用时间极短，应力波的影响变得相当重要，同时认为圆柱壳经历大挠度变形。分析中不仅考虑圆柱壳的径向惯性力，而且也考虑轴向惯性力和几何非线性的影响。假设圆柱壳中位移和薄膜力可分成轴对称分量和非轴对称分量之和，并引入应力函数表示非轴对称内力，对平衡方程应用伽辽金方法，将导出的和冲击物体的质量对动屈曲性能的影响很大。     

在轴向应力波传播和反射过程中弹性有限长圆柱壳非对称动态屈曲

本文讨论弹性有限长圆柱壳端部受冲击载荷作用，在轴向应力波传播和反射过程中的非对称动态屈曲问题。通过建立和求解扰动方程得到了动态屈曲的分叉条件，临界载荷和屈曲模态。数值结果表明：当壳壁厚不很薄时，轴对称屈曲临界载荷比非轴对称临界载荷高；反之，轴对称临界载荷会比非对称临界载荷低；由于应力波的反射，临界载荷降低，因而更容易发生屈曲，屈曲模态也有其不同特点。     

面内阶跃载荷下矩形薄板的塑性动力屈曲

对于面内阶跃载荷作用下矩形薄板的塑性动力屈曲问题,将临界应力和屈曲惯性项指数参数作为双特征参数求解.由相邻平衡准则导出失稳控制方程,由动力屈曲发生瞬间的能量转换和守恒准则,导出波阵面上的屈曲变形补充约束条件.失稳控制方程、边界条件、塑性波阵面上的连续条件和补充约束条件构成了定量求解两个特征参数和动力屈曲模态的完备条件.研究了矩形薄板塑性动力屈曲过程中板的厚宽比、冲击载荷大小、屈曲模态以及切线模量和临界屈曲长度之间的关系.     

弹性圆柱壳在轴向应力波传播过程中的非对称屈曲

讨论弹性圆柱壳端部受冲击载荷作用，在应力波传播过程中的非对称屈曲问题。通过求解扰动方程得到了动态屈曲的分叉条件、临界载荷和屈曲模态。数值结果表明，当壳壁厚不很薄时，轴对称屈曲临界载荷比非对称临界载荷高；反之，轴对称临界载荷会比非对称临界载荷低。不同的冲击载荷，屈曲模态也将不同。     

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.     

直杆塑性动力屈曲的双特征参数解

在关于轴向弹塑性压缩波下直杆塑性动力屈曲的研究中,将临界应力和屈曲惯性项指数参数作为一对特征参数求解.由动力屈曲发生瞬间的能量转换和守恒准则,导出波阵面上的屈曲变形补充约束条件.失稳控制方程、边界条件、塑性波阵面上的连续条件和补充约束条件构成定量求解两个特征参数和动力屈曲模态的完备条件.     

Twin-characteristic-parameter solution of axisymmetric dynamic plastic buckling for cylindrical shells under axial compression waves

In the present investigation on the dynamic plastic buckling of cylindrical shells under axial compression waves, the critical axial stress and the exponential parameter of inertia terms in stability equations are treated as a couple of characteristic parameters. The criterion of transformation and conservation of energy in the process of buckling initiation is used to derive the supplementary restraint equation of buckling deformation at the fronts of axial elastic and plastic compression waves. The supplementary restraint equation, stability equations, boundary conditions and continuity conditions constitute the necessary and sufficient conditions of determining the two characteristic parameters. Two characteristic equations are derived for the two characteristic parameters. The critical axial stress or the critical buckling time, the exponential parameter of inertia terms and the initial modes of buckling deformation are calculated quantitatively from the solution of the characteristic equations.     

两参数轴向冲击载荷作用下圆柱壳弹塑性动力屈曲

研究圆柱壳在两参数轴向冲击载荷下的弹塑性动力屈曲问题，基本控制方程由弹塑性连续介质中关于加速度的最小原理获得，本构关系采用增量理论。研究表明：屈曲过程可划分为两相，两相之间由临界时间ｔ表征，并分别讨论了应力波对屈曲的影响，压缩波与弯曲波的相互作用及几何尺寸，材料参数，初始缺陷，载荷峰值及持续时间等诸多因素与动力屈曲的关系。     

Dynamic buckling of cylindrical shells subject to an axial impact in a symplectic system

This paper discusses the dynamic pre-buckling of finite cylindrical shells in the propagation and reflection of axial stress waves. By introducing the Hamiltonian system into dynamic buckling of structures, the problem can be described mathematically in a symplectic space. The solutions of Hamiltonian dual equations shown in canonical variables are obtained. The problem is reduced to the determination of eigenvalues and eigensolutions, with the former indicating critical buckling loads and the latter buckling modes. Numerical example presented shows phenomena of axisymmetric and non-axisymmetric dynamic buckling subject to impacts of axial load.     

应力波传播与屈曲耦合情况下结构动力屈曲控制方程探讨

从应力波作用下结构动力屈曲的特点出发,指出应力波作用下结构动力屈曲与结构中应力波传播的耦合导致时间成为结构动力屈曲的参变量,从而应力波作用下结构动力屈曲问题中结构的真实运动与邻近运动是不同时刻、不同扰动区域的比较,这使得其动力屈曲控制方程的建立不宜采用传统的等时积分变分原理;以压应力波作用下弹性直杆为例,应用能量守恒原理,根据屈曲时刻结构能量的转换关系,建立了弹性压应力波作用下半无限长直杆的动力屈曲控制方程,并得到了波前附加约束条件;最后,讨论了波前附加约束条件的物理意义,指出波前附加约束条件出现的根本原因是轴向应力波的传播与屈曲不能解耦。     

THE DYNAMIC BUCKLING PROBLEM CAUSED BY PROPAGATION OF STRESS WAVE IN ELASTIC

ＨａｎＱｉａｎｇ（韩强）；ＭａＨｏｎｇｗｅｉ（马宏伟）；ＺｈａｎｇＳｈａｎｙｕａｎ（张善元）；ＹａｎｇＧｕｉｔｏｎｇ（杨桂通）；ＷｕＪｉｋｅ（武际可）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＮｏｖ．１８．１９９４）ＴＨＥＤＹＮＡＭＩＣＢＵＣＫＬＩＮＧＰＲＯＢＬＥＭＣＡＵＳ...     

On dynamic buckling phenomena in axially loaded elastic-plastic cylindrical shells

Some characteristic features of the dynamic inelastic buckling behaviour of cylindrical shells subjected to axial impact loads are discussed. It is shown that the material properties and their approximations in the plastic range influence the initial instability pattern and the final buckling shape of a shell having a given geometry. The phenomena of dynamic plastic buckling (when the entire length of a cylindrical shell wrinkles before the development of large radial displacements) and dynamic progressive buckling (when the folds in a cylindrical shell form sequentially) are analysed from the viewpoint of stress wave propagation resulting from an axial impact. It is shown that a high velocity impact causes an instantaneously applied load, with a maximum value at t=0 and whether or not this load causes an inelastic collapse depends on the magnitude of the initial kinetic energy.