端部切向载荷作用下的压杆失稳分析及其应用

细直杆件在压应力作用下会产生横向屈曲即失稳．直杆撞击刚性平面或拉断卸载后将形成压缩波，因承载压缩载荷的长度增加可以引起失稳．冲击速度转换的压应力沿着杆件切线方向，该处弯矩和剪力为零；而众多文献设定的失稳段固支边界条件并不准确．基于精确的杆件变形曲率方程得到端部载荷指向杆件中固定点时的受压失稳条件，得到其极限状态即载荷沿杆端切向作用时失稳长度相当于两端简支的1.5 倍．对于钢丝绳拉断形成的冲击失稳，载荷恒定而长度增加，可以产生高阶屈曲即在侧向出现多次曲折，并基于尼龙-橡胶带的模拟试验给出了定性说明．     

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采用Ritz近似法建立客运专线下承式系杆拱桥侧向稳定承载力实用计算公式; 假定满足拱桥侧向弯扭边界条件的位移试函数, 建立系杆拱桥的主拱肋侧倾失稳结构势能的表达式,基于最小势能原理建立了下承式系杆拱桥侧倾失稳临界载荷实用计算公式. 采用该实用计算公式计算了某客运专线下承式系杆拱桥弹性侧向稳定承载力, 并与三维有限元屈曲计算结果进行比较, 结果表明: 该方法简单实用, 可准确地预测系杆拱桥侧倾临界载荷, 便于工程应用.     

有环壳过渡段的锥—柱组合壳的应力和稳定性

用解析方法计算了受静水外压载荷作用的有环壳过渡段的锥—柱组合壳中的应力值，并用瑞利法计算了其失稳临界载荷。计算结果说明，利用环壳过渡值锥—柱壳形成光滑连接，可使连接部位的局部应力值显著降低，并使失稳临界载荷有所提高     

撞击载荷作用下单层球面网壳动力响应模型实验研究

通过单层KIEWITT8型网壳模型在落锤撞击作用下的实验,研究单层网壳在撞击作用下的动力稳定性。利用动态应变仪和力传感器,获取了落锤撞击网壳时撞击力时程曲线、杆件轴力时程曲线和稳定临界力。利用高速摄影机拍摄了撞击历程、撞击失稳模态及破坏形态。结果表明:撞击作用为三角脉冲荷载形式,其最大幅值和脉宽与撞击冲量和网壳所处变形阶段的刚度性能相关;撞击荷载持续作用的时间为3.00~22.36 ms;撞击接触时间的突然增大对应着网壳的失稳;杆件开始响应的时刻比撞击力开始作用的时刻滞后0.2~0.4 ms;对失稳前的撞击,落锤回弹速度较大;对失稳时的撞击,落锤回弹速度很小;模型具有较大的后屈曲抗撞击能力,在顶点垂直撞击下没有发生连续断裂。     

在径向载荷和轴向冲击联合作用下的圆柱壳塑性稳定性分析

对有径向载荷的圆柱壳，受轴向冲击时塑性失稳的临界速度进行理论分析。分析结果与实验值相吻合，并给出一般的规律，它也适用于无径向载荷的情况。     

黏弹性结构蠕变屈曲特性的分析

分析了线黏弹性正交铺设层合板的蠕变失稳问题，由相空间的特征方程解出临界载荷，经Laplace数值反演得到屈曲载荷与时间的关系；然后，通过建立扰动模型和分析变形的有界与无界增长，讨论了黏弹性结构延迟失稳的特性，解释了临界载荷与失稳时间的具体含义．     

在径向载荷和轴向击合作用下的圆柱壳塑性稳定性分析

对有径向载荷的圆柱壳，受轴向冲击时塑性失稳的临界速度进行理论分析。分析结果与实验值相吻合，并给出一般的规律，它也适用于无径向载荷的情况。     

传递矩阵法分析约束悬臂裂纹管道失稳临界流速

研究了自由端受线性弹簧支承和扭转弹簧约束的悬臂输流管道在含有圆周非贯穿裂纹时的失稳临界流速;根据梁模型模态函数的一般表达式和裂纹处的关联式以及传递矩阵法推导出含裂纹梁的模态函数;根据特征方程具体分析了裂纹位置、裂纹深度、裂纹圆周角等参数对系统失稳临界流速的影响,并进行了数值仿真分析。结果表明:由于裂纹的存在,系统的失稳临界流速下降,动态失稳临界流速下降的速率和幅值均比静态失稳临界流速下的大;临界流速与裂纹位置、深度和裂纹圆周角等参数密切相关,特别是对颤振失稳临界流速的影响更明显,在裂纹位置、裂纹非贯穿圆周角、裂纹深度等参数影响下,管道的失稳形态将从屈曲失稳转变为颤振失稳。     

基于立体打印自然通风冷却塔模型稳定性试验研究

为研究自然通风冷却塔在风载荷下的屈曲模式及临界风速,用立体打印技术打印了三个不同壁厚的缩尺模型,在风洞中完成了稳定性试验,并将实验结果与有限元计算结果进行对比分析.研究表明,模型失稳发生在弹性阶段,其壁厚与喉部半径之比是确定临界载荷的一个关键参数.实验得到的临界风压值同现有规范的设计相接近,约为有限元计算的1/4,说明我国现有规范中基于冷却塔整体稳定性得到的最小壁厚是偏保守的.     

悬臂铁磁板磁弹性耦合作用的力学分析

对有限板宽的悬臂铁磁板在外磁场中的磁弹性相互耦合作用的力学行为，建立了描述板弯曲和稳定性的理论模型及有限元定量分析程序，研究了外磁场倾斜角对板磁弹性失稳的临界磁场值的影响。     

鸟撞击叶片时载荷因素的数值模拟分析

鸟与叶片的撞击过程是一个复杂的加载过程。为了将其简化,以建立一个简单且合理的鸟撞击载荷模型,需要分析鸟撞击载荷的各种因素对叶片响应的影响。本文通过计算机数值模拟进行上述工作。以矩形悬臂板模拟实际叶片,以冲击载荷模拟鸟撞击载荷,采用有限元法计算悬臂板在冲击载荷下的非线性瞬态响应。从鸟撞击载荷的冲量、时间因索、空间因素三个方面分析了冲量、加载持续时间、力-时间函数、初始冲击压力、加载位置、载荷的空间分布以及载荷类型等七种因素对叶片响应的影响。本文得出的结论为合理简化鸟撞击加载过程及建立鸟撞击载荷模型提供了参考与依据。     

受限亚音速气流中倒置悬臂壁板静气弹稳定性的理论及实验研究

板壳结构在航空航天、高速列车、能量采集等诸多工程领域已经得到了广泛应用.将悬臂壁板倒置于轴向气流中并在壁板周围流场中设置刚性壁面可有效地调控壁板的失稳速度,是俘能器优化设计的重要措施之一.但针对刚性壁面作用下亚音速气流中倒置悬臂壁板的失稳机制仍需要开展深入研究.本文以受限亚音速气流中倒置的二维悬臂壁板为对象,以理论分析及风洞实验为手段,研究了单侧刚性壁面效应对倒置悬臂壁板静态失稳特性的影响规律.在理论分析中,首先应用镜像函数法来处理壁面约束条件,基于算子理论研究获得了以Possio积分方程为表征的壁板气动力,壁面效应实际表征为一包含移位Tricomi算子的复合算子;然后将壁板失稳方程的求解问题转化为定区间上的函数逼近问题;最后,依据Wererstrass定理并利用最小二乘法求解该最优函数,以获得系统的失稳临界参数.在试验研究中依据压杆稳定原理设计了壁板静态失稳的测试方法并完成了风洞实验.理论分析结果表明,壁板会发生发散(静气动弹性)失稳,临界动压随壁板与壁面间距的增加而增大并最终趋于稳定(无壁面情况);通过理论与风洞实验结果的对比分析,验证了本文气动力及理论分析的适用性及准确性.针对倒置悬臂壁板结构的气动弹性失稳问题,本文提出的方法不涉及系统方程的离散及特征值求解问题,而是将其转化为了定区间上的函数逼近问题进行求解,这为弹性结构静气动弹性失稳问题的研究提供了一个可行的新思路.     

受限亚音速气流中倒置悬臂壁板静气弹稳定性的理论及实验研究

板壳结构在航空航天、高速列车、能量采集等诸多工程领域已经得到了广泛应用. 将悬臂壁板倒置于轴向气流中并在壁板周围流场中设置刚性壁面可有效地调控壁板的失稳速度, 是俘能器优化设计的重要措施之一. 但针对刚性壁面作用下亚音速气流中倒置悬臂壁板的失稳机制仍需要开展深入研究. 本文以受限亚音速气流中倒置的二维悬臂壁板为对象, 以理论分析及风洞实验为手段, 研究了单侧刚性壁面效应对倒置悬臂壁板静态失稳特性的影响规律. 在理论分析中, 首先应用镜像函数法来处理壁面约束条件, 基于算子理论研究获得了以Possio积分方程为表征的壁板气动力, 壁面效应实际表征为一包含移位Tricomi算子的复合算子; 然后将壁板失稳方程的求解问题转化为定区间上的函数逼近问题; 最后, 依据Wererstrass定理并利用最小二乘法求解该最优函数, 以获得系统的失稳临界参数. 在试验研究中依据压杆稳定原理设计了壁板静态失稳的测试方法并完成了风洞实验. 理论分析结果表明, 壁板会发生发散(静气动弹性)失稳, 临界动压随壁板与壁面间距的增加而增大并最终趋于稳定(无壁面情况); 通过理论与风洞实验结果的对比分析, 验证了本文气动力及理论分析的适用性及准确性. 针对倒置悬臂壁板结构的气动弹性失稳问题, 本文提出的方法不涉及系统方程的离散及特征值求解问题, 而是将其转化为了定区间上的函数逼近问题进行求解, 这为弹性结构静气动弹性失稳问题的研究提供了一个可行的新思路.      

受弯脱层层板的局部失稳临界载荷的有限元分析

含脱层的复合材料层板承受弯曲载荷作用会产生跳跃失稳，还常常引起脱层扩展，从而导致结构失效。本文用基于一阶剪切层板理论的几何非线性有限单元法分析了受弯曲曲载荷作用下含脱层板的人稳的临界载荷。本文指出分叉失稳产生了跳跃失稳，而该跳跃失稳与浅圆拱或薄圆柱壳受向心压力作用下的跳跌 同，在整体平衡路径上没有一个极限点。本文对临界载计算结果比使用能量准则的结果要小，文中给出了原因。     

充气压力容器高速撞击实验研究

为了确定高速撞击条件下压力容器发生具有撕裂的简单穿孔和裂纹失稳扩展的界限 ,实验采用长径比为 0 56的铝柱状弹丸在约 1 7km/s的速度下正撞击铝罐。大部分实验采用的是未防护的铝罐 ,铝罐的压力从 0～ 0 4MPa变化来探索获得不同损伤形式的压力条件。给出了铝罐前、后壁从穿孔到裂纹失稳扩展的实验结果。防护铝罐的主要损伤是其前壁的裂纹失稳扩展。确定了发生裂纹失稳扩展的临界压力 ,并对发生裂纹失稳扩展的临界尺寸进行了分析。     

斜靠式拱桥结构侧倾失稳分析的Ritz法

采用Ritz法,首次推导了主拱肋拱脚铰接、稳定拱肋拱脚固接边界条件下,斜靠式拱桥的侧倾失稳临界荷载系数的计算公式,并通过有限元法验证了该计算公式的正确性.进一步分析了稳定拱肋弯曲变形能和扭转变形能、主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向弯曲变形能及吊杆非保向力位势和桥面系侧向弯曲变形能对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载系数λcr的影响.研究结果表明:稳定拱肋的侧向弯曲变形能对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载系数λcr有一定的影响,而扭转变形对侧倾失稳临界荷载系数λcr影响甚微;若忽略横撑的所有变形能,侧倾失稳临界荷载系数λcr降低65％～83％,即横撑对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载系数λcr的影响非常显著;随着稳定拱肋倾角的增加,侧倾失稳临界荷载系数λcr呈增大趋势,且增设稳定拱肋对提高斜靠式拱桥的侧向稳定性大有帮助.     

软铁磁薄板磁弹性屈曲的理论模型

铁磁弹性薄板的磁弹性屈曲问题一直作为电磁——弹性力学相互作用的一个基本模型进行研究，而作用在其磁介质上的磁力计算则是定量理论预测准确与否的关键．到目前为止，文献上已有的理论模型对悬臂铁磁梁式悬臂板在横向磁场中磁弹性屈曲的理论预测值始终高于实验值，有的甚至相差１００％左右．本文基于电磁力计算的微观安培电流模型，严格给出了软铁磁薄板等效横向磁力的宏观计算表达式．在此基础上，建立了电磁——力学相互耦合作用的非线性理论模型．该模型能描述铁磁薄板结构在非均匀横向磁场环境中的磁弹性失稳（或屈曲）．其定量分析采用了有限元法和有限差分法相结合．数值结果显示：本模型给出的磁弹性屈曲的临界磁场值与实验值符合良好．与此同时，文中还对文献中认为较成功的Ｍｏｏｎ－Ｐａｏ模型的基本假设进行了分析．定量结果发现：Ｍｏｏｎ－Ｐａｏ理论模型的基本假设仅在梁式板的长厚比Ｌ／ｈ比较大时（约在２００左右），是可以接受的，而当Ｌ／ｈ较小时，该假设将导致理论值与实验值的较大误差．Ｌ／ｈ比值越小，理论值与实验值的误差越大     

复合材料襟翼壁板屈曲失稳行为的栅线投影实验研究

本文利用栅线投影测量方法研究了蜂窝夹层板、工字型及T型加筋板三种不同结构形式复合材料襟翼壁板在压缩载荷下的屈曲失稳行为,得到了不同形式结构件屈曲的全场离面位移分布规律,分析了各自的屈曲失稳模式.研究结果表明,栅线投影测量方法在大尺度复合材料结构失稳变形测试中具有可行性;在相同面板尺寸条件下,工字型加筋复合材料襟翼壁板屈曲临界载荷最大,承载能力最强.本文结果可为飞机复合材料结构设计提供实验依据.     

两端铰支层合浅拱的非线性‘跳跃''稳定性

利用叶开源和刘人怀提出的修正迭代法 ,导出了两端铰支、对称正交铺层的浅拱在均布载荷作用下的三次近似特征关系式 ,进而分析了结构几何参数、铺层数等对于‘跳跃失稳’临界载荷的影响 ,并通过与‘动力失稳’临界载荷的比较 ,讨论了两个‘失稳’概念的区别。     

撞击在刚性靶上的圆柱壳稳定性实验研究

本文通过四种材料(AM、A_3)、三种几何尺寸(R/h=5,6.7,10)的共81个圆柱壳,在39—166m/s速度范围的撞击实验,确定了塑性动屈曲理论中比较流行的初缺陷分析的适用范围;同时把作者在[15]中提出的第二失稳临界速度的概念和理论判据,用到圆柱壳撞击刚性靶的问题上,着重研究了大于或等于第二失稳临界速度(Vc_2)时的特征,根据应变率反向的判据,按照ε_2反向计算了V_(c2),其结果与实验值相符。实验中发现当大于上述计算得到的V_(c2)时,撞击速度相对轴向缩短率的曲线会出现跳跃,圆柱壳因局部产生很大的失稳变形而破坏.同时还发现这种破坏形式在撞击初期已形成雏形,这样可以通过计算的半波数而采用某些方法,例如加肋等,防止破坏雏形的形成,从而提高V_(c2),这一点可能给工程设计提供一个可循的依据.