复合材料结构几何非线性分析

本文采用退化的等参壳元分析了复合材料板、壳结构的几何非线性特性。数值计算表明：与各向同性材料不同,即使在很小的载荷和挠度下,几何非线性对复合材料结构的影响也是相当显著的。     

多抛物面组合扁壳的几何非线性分析

本文首先借助斜坐标系和阶跃函数，建立了多抛物面组合扁壳结构的微分方程，然后用扁壳非线性理论和辽金法，导出了这种壳面结构非线性分析的计算公式。     

复合材料层合板壳非线性力学的研究进展

复合材料层合板壳是由多种组分材料组合而成.与单一材料的板壳结构相比,它无明确的材料主方向,各层间材料间断和不连续,具有明显的几何非线性和材料非线性等新的特点.其失效模式也远比单一材料的情况复杂,具有如基体开裂、脱胶、分层、分层裂纹偏转、多分层以及分层传播等多种模式.各国学者基于不同的考虑,提出了多种方法研究复合材料层合板壳的失效.首先,在简要介绍了层合板壳线性力学基本理论的基础上,重点回顾了层合板壳结构非线性力学几种基本理论发展的过程,主要阐述了经典大挠度非线性理论、一阶剪切变形理论、高阶剪切变形理论、锯齿理论、广义分层理论的理论体系及基本公式,并对几种理论之间的联系和差异进行了总结;其次,介绍了当前层合结构非线性领域的研究进展,综述了典型复合材料板壳结构的失效机理及优化设计、复合材料板壳结构在复杂环境下的破坏机理、复合材料板壳结构的物理非线性、含脱层纤维增强复合材料板壳结构的破坏机理等各研究热点的最新研究成果;最后,对该领域未来的研究方向进行了展望.     

考虑梁元侧向弯曲的网格圆柱壳结构非线性建模与分析

本文提出了粱元正交布置的单层网格扁壳结构在考虑梁元侧向弯曲时的结构非线性模型.运用虚功原理,给出了该类网壳结构的大挠度基本控制方程和边界条件.对于竖向均布荷载作用下的网格圆柱壳,采用伽辽金法分析并计算得到了考虑侧向弯矩时网格圆柱壳的非线性荷载位移关系和结果曲线,与忽略侧向弯曲的情况进行了比较.同时,还分析了不同矢跨比对网格圆柱壳稳定性的影响.     

大跨度双层网壳的非线性动态响应

网壳结构在大跨度结构中得到广泛应用．在建立了双层网格扁球壳的非线性强迫振动微分方程的基础上,研究了在边缘滑动固定的边界条件下,双层网格扁球壳的非线性动态响应问题．用突变理论建立了该网壳的尖点突变模型,得出了突变的临界方程,并阐述了网壳参数对该结构动态屈曲的影响．     

网格扁壳结构的非线性弯曲与稳定问题研究

本文利用作者分析得到的矩形网格扁壳结构的非线性控制方程，采用双重Ｆｏｕｒｉｅｒ级数求解了该类结构的非线性问题。推导得到了外载与结构（中心）节点横向位移之间的三次非线性关系式。并作了算例分析，给出了结构产生失稳跳跃的条件。     

样条有限点法分析板的几何非线性问题

1.引言对于板壳几何非线性问题,一般情况下,很难求得它的精确解,因此求解非线性问题数值解的各种近似方法便不断提出,其中一种途径就是运用Y.K.Cheung(张佑启)教授提出的有限条法。有限条法特别适用于具有一定规则形状的板壳结构(例如矩形板、圆柱形板、圆柱形壳、箱形桥梁以及折板结构等等)的线性与非线性分析。其解题规模比有限单元法大大缩小,而又保持了一定的通用性。在有限条法中,位移试函数用多项式与梁函数的乘积形式给出。     

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.     

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      

一种复合材料的大挠度曲梁单元

本文研究了加劲壳的非线性有限元分析方法,提出了一种梁元素来模拟加筋。该元素具有曲轴线,任意形状的薄壁剖面和任意铺层方式,与三维退化曲壳元素完全协调,相对于壳中面可以有偏心,所分析的结构可以是层合复合材料加劲壳或各向同性材料单层加劲壳。     

四节点二十四自由度平板壳单元几何刚度矩阵显式解析式的推演算法研究

几何刚度矩阵的推演是结构几何非线性有限元分析的重点和难点之一。推导几何刚度矩阵显式解析表达式成为简化非线性有限元列式,提高分析效率的关键。本文在协同转动法框架下,基于刚体运动法则对四节点二十四自由度的平板壳单元几何刚度矩阵显式解析式进行了推导和讨论;分析了悬臂梁大转动、不同壁厚条件下简支圆柱形屋顶空间大变位两个经典算例。研究结果表明：（1）几何刚度矩阵的显式计算公式不仅为板壳结构几何非线性列式提供了方便而且具有良好的精度;（2）推导的几何刚度矩阵适用于各类型四边形二十四自由度平板壳单元模型;（3）与数值积分相比,采用解析形式的几何刚度矩阵可以显著提高非线性响应计算效率。     

加筋薄壳结构分析与优化设计研究进展

伴随装备大型化和承载重型化等发展趋势,装备中加筋薄壳结构尺寸越来越大,成型工艺与结构细节也越来越复杂,对结构优化设计的精细程度、新型轻质结构发现和力学性能数值预测精度提出了更高的要求,给复杂板壳非线性分析模型、优化问题的数学建模和求解算法带来新的挑战。本文从加筋壳稳定性分析方法、折减因子确定方法以及考虑几何缺陷的加筋壳设计方法三个方面进行综述,介绍国内外相关研究进展。     

大转动曲边柱壳非线性3-D动力学建模及分析

对曲边柱壳受轴向非均匀内压作用下的大转动几何非线性3-D动力学行为进行了研究.基于Nayfeh and Pai[1]非线性壳体理论,给出了考虑几何非线性的3-D混合型（含内力与位移）动力学模型.为了克服该强非线性模型难以求解的问题,依据分析获得的结构静动态变形关系,采用Lagrange方程推导建立了基于结构静态解的曲边柱壳多自由度3-D动力学方程,并对其进行了线性化与降阶处理,结合差分法获得了一套高效的求解算法.与LS-DYNA有限元结果的吻合,验证了本文方法的正确性.最后分析了单元数和计算时间步分别对有限元模型和本文方法的影响,发现求解精度随着计算时间步的减小不断提高直至趋于稳定.同时对采用本文方法获得的曲边柱壳动态变形模式的分析表明:结构动态响应与其所受内压载荷沿轴向的分布形式关系紧密,可以通过改变或者设计内压轴向分布形式来影响以及控制结构的动态变形模式,从而应用于曲边柱壳结构设计及优化的工程实际中.     

宏纤维压电层合壳结构非线性屈曲分析

以纤维压电MFC （Micro-Fiber Composite）层合圆柱壳为例,研究了其在准静态屈曲下的非线性振动响应。基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形假设,采用大转角几何全非线性理论,建立了带有纤维角度的MFC层合壳结构的非线性屈曲与振动分析模型。采用全拉格朗日方程（Total Lagrange Formulation）对非线性模型进行线性化处理,并结合Riks-Wempner弦长控制迭代法进行准静态求解,然后在每个解点进行自由振动分析。通过与文献数据对比验证了所建模型的准确性。并用该计算模型对MFC-d31层合圆柱壳进行屈曲及自由振动分析,研究了几何参数（曲率、厚度、纤维角度和不同外加电压）对频率的影响。结果表明,厚度、曲率和纤维增强角度对结构的临界载荷有显著的影响,且结构的临界载荷随着上述参数的增大而增大;电场强度可对不同纤维角度壳体的自振频率进行调节,能够提高结构的临界载荷;纤维角度越大,电压对结构自振频率调节的效果越明显。     

等直杆单元切线刚度矩阵的精确分析方法

为了有效完成大型铰接单层网壳结构的后屈曲分析,本文采用对杆单元杆端力函数求导的方法推导出了等直杆单元切线刚度矩阵的精确形式。该切线刚度矩阵不受结构小变形限制,适用于结构产生任意大结点位移情况。以六角星桁架、平面圆拱桁架和大跨K8单层网壳结构为算例,采用广义位移控制法进行非线性后屈曲分析,其中预测子采用本文杆单元切线刚度矩阵。算例分析结果表明,本文杆单元切线刚度矩阵在大型铰接单层网壳结构的非线性后屈曲分析中有很强的预测能力。     

等直杆单元切线刚度矩阵的精确分析方法

为了有效完成大型铰接单层网壳结构的后屈曲分析,本文采用对杆单元杆端力函数求导的方法推导出了等直杆单元切线刚度矩阵的精确形式。该切线刚度矩阵不受结构小变形限制,适用于结构产生任意大结点位移情况。以六角星桁架、平面圆拱桁架和大跨K8单层网壳结构为算例,采用广义位移控制法进行非线性后屈曲分析,其中预测子采用本文杆单元切线刚度矩阵。算例分析结果表明,本文杆单元切线刚度矩阵在大型铰接单层网壳结构的非线性后屈曲分析中有很强的预测能力。     

应用平板壳单元DKQl6分析板壳结构的几何非线性

应用新近开发的四边形十六自由度离Kirchhoff平板壳单元DKQl6，分析了板壳结构的几何非线性问题，采用Total Lagrange格式，在小应交、中等转动的假定下，建立了该单元几何刚度阵和大位移矩阵．非线性方程采用位移引导或弧长引导的牛顿-拉夫森增量迭代法求解．讨论了网格和加载步效对收敛性的影响，通过对典型算例的计算以及与其它单元的比较，说明了DKQl6单元在板壳结构几何非线性分析中也有良好的精度．     

四边简支功能梯度圆锥壳的非线性振动分析

研究了四边简支条件下功能梯度圆锥壳的非线性自由振动。首先,通过Voigt模型和幂律分布模型描述了功能梯度材料的物理属性。然后,考虑von-Karman几何非线性建立了功能梯度圆锥壳的能量表达式,利用Hamilton原理推出圆锥壳的运动方程。在此基础上,采用Galerkin法,只考虑横向振动,功能梯度圆锥壳运动方程可简化为单自由度非线性振动微分方程。最后,通过改进的L-P法和Runge-Kutta法求解非线性振动方程,讨论功能梯度圆锥壳的非线性振动响应,分析几何参数和陶瓷体积分数指数对圆锥壳非线性频率响应的影响。结果表明,几何参数对非线性频率和响应的影响相较于陶瓷体积分数指数更明显;圆锥壳的几何参数和陶瓷体积分数指数通过改变非线性频率影响振动响应;功能梯度圆锥壳呈弹簧渐硬非线性振动特性。     

双曲率壳的力学研究进展

双曲率壳是飞机、汽车以及船舶上常见的薄壁结构，其中性面可看作是一条动曲线沿着另一条曲线扫掠所形成的曲面．双曲率壳的非线性理论不断更新推动着双曲率壳力学行为的研究．随着工程实际应用的不断改进，如功能梯度材料(FGM)，加筋壳，弹性地基模型等的引入，双曲率壳在强度、变形和稳定性等方面的研究得到了进一步促进．本文首先回顾了双曲率壳结构非线性力学基本理论发展过程，主要阐述了经典的二维板壳理论，如Donnell 薄壳理论，一阶剪切变形壳理论，高阶剪切变形壳理论，和三维板壳理论的理论体系及基本公式，并对几种理论之间的联系和应用进行了总结和讨论，简述了近几十年来国内外学者在双曲率壳非线性弯曲、稳定性和振动等方面的最新研究成果，最后对双曲率壳体研究目前的局限性和未来的研究方向进行了探讨．     

撞击荷载作用下单层椭圆抛物面网壳的动力稳定分析

利用ANSYS/LS-DYNA 有限元程序,考虑几何非线性和材料非线性效应,开展单层椭圆抛物面网壳结构在撞击荷载作用下的动力稳定性研究.分析了该类网壳在以一定高度的自由落体撞击作用下的撞击力响应(撞击力、节点位移、杆件轴力和能量)及网壳失稳模态,进一步根据产生的动力响应对其在撞击作用下的弹塑性动力稳定问题进行了判定.结果表明:网壳结构在撞击作用下失稳时,撞击力时程曲线形状基本上呈陡峭的三角形脉冲荷载形式,其最大峰值和脉宽与撞击冲量及网壳所处变形阶段的刚度性能相关;特征节点的位移响应突然增大,失稳部位杆件的轴力大幅减小,结构的变形能和总能量也突然增大,整个结构变形形状发生突变;节点的残余位移、撞击力和持时等特征参数都产生一致性突变.