径向分布外压力作用下圆环失稳临界压力的突变理论解法

用突变理论方法验证了受均匀压缩圆环失稳的临界压力.从圆环突变模型的分叉集方程看到,圆环可以在高于各临界压力的情况下发生相应波数的失稳.文中给出在径向分布力作用下,圆环失稳前后其中层位移的近似表达式.     

THE DETERMINATION OF BUCKLING POINT AND CRITICAL LOAD OF COMPRESSIVE MEMBER

为了分析压杆失稳的临界力与失稳后杆件屈服形态的关系,在理论推导和试验研究的基础上,提出了通过捕捉细长压杆失稳时的失稳点来确定压杆临界力的分析方法,通过测量细长压杆失稳时微弯状态下杆端的纵向位移,求得临界压力的大小. 文中将该方法的实验结果与直接用欧拉公式计算的临界压力进行了比较,结果表明,考虑细长压杆微弯状态时杆端的纵向位移所得到的失稳的临界压力值大于利用欧拉公式计算的临界压力值.     

波纹管在内压作用下柱失稳临界压力的计算

 讨论了波纹管在内压作用下的柱失稳问题，将波纹管等效成圆 柱壳，证明了该柱壳在内压作用下失稳的临界压力与在轴向均布压力 作用下失稳的临界压力相等，利用作者对波纹管整体弯曲问题的研究 成果确定等效柱壳的抗弯刚度，给出了波纹管在内压作用下柱失稳临 界压力的计算公式. 由对前人实验的观察分析得出波纹管呈弹性柱失 稳的条件为其长细比大于1，在此条件下本文的计算结果和前人的实 验结果相一致.     

前屈曲应力状态对组合加肋旋转壳失稳临界压力影响的探讨

推导了包含前屈曲弯矩和横剪力的旋转壳弹性稳定性基本方程.运用Riccati传递矩阵法对组合加肋旋转壳算例进行了稳定性分析,并与假设前屈曲状态为薄膜应力状态计算出的失稳临界压力进行了比较.结果表明,前屈曲弯矩和横剪力对组合加肋旋转壳失稳临界压力的影响较小,随着壳板厚度和肋骨尺寸的增大及肋骨间距的缩短,影响略有增大.因而,分析组合加肋旋转壳弹性稳定性时,前屈曲状态采用薄膜应力状态的假设是合理的.     

均匀外压圆柱薄壳弹性稳定性的实验研究

本文提供十个精车圆柱薄壳在全面外压作用下弹性稳定性的实验研究结果.着重于描述壳体的失稳过程,基于实验现象,讨论了结构稳定性特征和弹性失稳概念. 实验给出“前波”现象的大致规律,并确认,应用渐近线准则,可以不破坏而又精确地确定临界载荷. 实验发现了“飘移”,“吃波”,“反跳”以及“超临界压力”等现象.O7试件在临界压力下稳压半小时,观察到应变飘移,波形相继长大以至最终崩溃的“慢放”全过程. 理论计算和实验结果的比较表明,对于精加工的中等长度壳体而言,较小的初挠度对临界压力并无显著影响.     

微结构对多孔材料应变率效应影响的机理研究

通过数值模拟讨论了圆环结构对多孔材料应变率效应的影响,计算结果表明,圆环结构与折板结构一样,同样存在结构的屈曲失稳,因此也具有应变率效应。只是其应变率效应不如折板结构敏感,在小应变下的率效应不明显,在后屈曲失稳阶段率效应较为明显。另外,对于壁厚较薄的圆环结构,加载过程中更容易出现结构的屈曲失稳,此时微结构所引起的应变率效应较明显。壁厚较厚的圆环结构,微结构引起的应变率效应则不显著。通过蜂窝结构的模型更清楚地揭示了微结构对多孔材料变形过程的影响。     

U型波纹管及相关结构环向屈曲的有限元分析(Ⅰ)--基本方程及环板的屈曲

U型波纹管是现代管道系统中最常见的一种位移补偿器 ,它由环板和具有正、负Gauss曲率的半圆环壳组成 ,在管道所传输的介质的压力作用下会发生屈曲。其中环向屈曲最为复杂 ,精确的理论分析非常困难 ,有限元分析也不多见。作者在分析前人工作的基础上 ,以圆环壳段为单元 (特定的旋转壳段单元 ,能自动退化成环板单元 ) ,限于弹性范围和线性化特征值问题 ,对介质压力作用下U型波纹管及其相关结构 (圆环板、圆环壳、半圆环壳 )的环向屈曲问题进行了分析。考虑了结构屈曲前的弯曲 ,计及压力的二次势能 ,导出的应力刚度矩阵和载荷刚度矩阵是非对称的。全部工作分为三部分 :(Ⅰ )基本方程 ,环板的屈曲 ;(Ⅱ )圆环壳、半圆环壳的屈曲 ;(Ⅲ )波纹管平面失稳的机理。本文为第一部分 ,除推导公式外 ,对不同边界和不同内外径之比的环板在径向均匀压力作用下的环向屈曲进行了计算 (轴对称的径向屈曲作为特例得到 ) ,给出了前屈曲应力分布、临界载荷及相应的屈曲模态 ,并将临界压力的值与前人基于vonK偄ｒｍ偄ｎ大挠度板的精确解进行了比较 ,吻合良好。     

圆截面杆在曲线井中的屈曲问题

本文研究了线弹性的圆截面压杆在刚性井壁的曲线井中的屈曲问题。压杆两端为铰支，杆和井壁之间的摩擦力忽略不计，失稳前假设压杆位于曲线井的较低侧。分析了压杆屈曲时的几何变形条件，导出了压杆的曲率，变形能和各项外力势的表达式，用最小势能原理导出压杆失稳的微分方程和边界条件。引入梁单元，用有限单元法求得了压杆失稳时的临界压力和杆轴线状态。结果显示，临界压力随着压杆自重和曲线井半径的增加而增加。自重为零时，杆轴线为半个正弦曲线；自重不为零时，杆轴线为振荡的曲线，且振荡主要集中在压杆顶部。     

邻近爆破对矩形岩柱稳定性影响的突变理论分析

运用突变理论,建立了邻近爆破扰动诱发矩形岩柱失稳的非线性动力学模型,导出了岩柱发生动 力失稳的充分必要条件。根据建立的尖点突变模型,分析了竖向压力、爆破扰动强度及频率对矩形岩柱失稳 机理的影响。结果表明:(1)借助突变理论分析邻近爆破扰动诱发岩柱失稳机理是可行的;(2)邻近爆破扰动 强度越大,岩柱越容易发生失稳破坏;(3)竖向荷载越大,满足岩柱失稳条件所对应的爆破扰动强度越小,岩柱 发生失稳的可能性越大;(4)岩柱发生动力失稳破坏,爆破扰动频率必须满足一定条件。     

岩石失稳破裂的变形突跳研究

针对在非刚性加载条件下岩石失稳破裂过程中变形突跳的特性, 根据时间的不可逆性, 研究了岩石试样在普通试验机下的变形规律及突跳特性, 得到了与尖点突变模式相似的突变机构。再利用突变理论中尖点突变模型研究由试验机和岩石试样组成的力学系统的失稳机制, 结果表明：两者得到的岩石变形突变量非常相似, 且具有同一变化趋势。     

关于结构限制失稳的研究进展

限制失稳是指构件失稳时其屈曲变形不能自由发展而受到某种限制性约束的失稳,有时又称单向失稳、接触失稳、约束失稳.这类问题在工业中有大量应用,也是固体力学中的一个经典问题.最常见的实例如应用于地下管道、隧道、压力容器、核反应堆安全壳中的薄衬壳,当薄衬壳发生屈曲时,由于受到外壁的约束,其屈曲行为和一般的壳体屈曲行为不同,这就需要我们发展新的研究方法.另外如受钻井套管横向约束的钻柱的屈曲,复合材料的分层屈曲,电子元器件中的镀层屈曲等也属于限制失稳的范畴.限制失稳问题因其涉及接触问题、单向屈曲、非保守问题等而显得十分复杂,一直没有得到很好的解决.从近年来文献看,限制失稳的研究多集中在压杆、圆环的研究,板、壳的研究相对较少.本文首先简单介绍了限制失稳的一般概念,指出存在的限制约束对结构屈曲特性的影响.然后分别介绍了对于杆、环、板、壳的受限制失稳的研究进展.最后提出了需要进一步深入研究的问题.图11参75      

韧性金属圆环高速膨胀碎裂过程的有限元模拟

用数值方法模拟了韧性金属圆环的自由膨胀碎裂过程. 采用Johnson-Cook热黏塑性本构模型描述材料的动态变形和热软化特性, 采用包含内聚力失稳断裂准则的Johnson-Cook型损伤断裂模型描述材料的破坏和分离过程, 采用结合单元消去技术的ABAQUS/Explicit程序进行分析. 在特定膨胀速度下对多个圆环进行碎裂数值实验, 获得碎片样本集合. 研究证实, Grady-Kipp基于塑性卸载波传播机制的韧性碎片尺寸公式可以较好地预测碎片的平均长度. 模拟再现了圆环碎裂过程中塑性卸载波的传播,揭示了Grady-Kipp公式合理性的物理基础.      

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。     

基于突变理论的重力坝沿建基面失稳判据研究

突变理论注重研究系统状态发生突变时外界的控制条件，主要阐述非线性系统如何从连续渐变状态向系统性质突变的转变。混凝土重力坝不仅材料本身非线性明显，并且系统也具有较强非线性特性。基于突变理论，研究了突变理论应用于重力坝系统抗滑失稳的可行性，并分别从能量突变、位移突变以及塑性屈服区面积突变进行了重力坝沿建基面的失稳判据研究。...     

环壳屈曲的渐近解

本文提出分析圆环壳屈曲的一种渐近解析方法,由Sanders非线性平衡方程和壳中面变形协调方程推导出静水外压下环壳的稳定方程,求出了方程的渐近解,理论计算的临界压力值与Fishlowitz的实验结果符合良好,并研究了屈曲前非线性变形对临界载荷的影响。     

测量压杆临界压力的理论与实验

从细长压杆临界压力的定义出发，分析了实验测定压杆临界压力的困难，阐述了用振动方法测量细长压杆临界压力的理论，介绍了在轴向拉力和压力状态下用振动方法测量压杆临界压力的实验，并与材料力学中通常的压杆稳定实验------测量压溃载荷的实验进行了比较,得出结论：用振动方法可以比较准确地测得细长压杆的临界压力.     

突变理论在浅埋煤层组合关键层中的应用

 应用突变理论的方法，对组合关键层的力学模型进行了分析， 导出了系统的总势能函数表达式, 并建立了尖角型突变模型.定量地 分析了顶板的台阶下沉量以及组合关键层失稳的充要条件，得出的 结论有实际意义.     

非均匀随从力作用下热弹耦合圆环板的动力特性分析

基于弹性小挠度薄板理论和考虑变形的热传导方程,采用达朗贝尔原理建立了非均匀切向随从力作用下的轴对称圆环板热弹耦合运动方程。采用微分求积法推导了特征方程,得到内边简支(固支)外边自由边界条件下前三阶量纲为一复频率的实部和虚部随随从力的变化曲线;分析了随从力变化系数、热弹耦合系数、内外半径比对圆环板横向振动复频率和稳定性的影响。数值计算结果表明:在其它参数一定的情况下,圆环板发生第1阶和第2阶耦合颤振失稳;相应的颤振失稳临界载荷随着热弹耦合系数和内外半径比的增大而增大,但随着随从力变化系数的增大而减小。     

轴向拉伸作用下超弹性管充气失稳的内压和形貌研究

超弹性管充气局部失稳现象与生物工程中动脉瘤形成机理相似。本文以两端密封的超弹性管为研究对象,从实验和理论两方面研究其在轴向拉伸作用下充气时的失稳现象。实验采用高频压力传感器测量充气过程中超弹性管内部压力的变化,高速摄像系统同步记录形貌变化的图像,分析超弹性管的几何尺寸和轴向拉力的改变对失稳临界压力的影响。基于连续介质力学理论,建立超弹性管充气时的控制方程并运用打靶法求解,理论分析轴向拉力与几何尺寸对超弹性管充气失稳的影响,并与实验结果比较;同时,预测超弹性管在任意时刻的形貌变化,分析特征点的变化趋势。     

基于持续同调的边坡破坏过程的拓扑特征研究

首先利用软件UDEC对边坡处于地震荷载作用下的失稳破坏过程进行模拟,研究了边坡失稳破坏时的动态响应,得到了边坡的变形特征和位移云图,然后运用持续同调理论对边坡失稳状态进行分析,生成条码图,从条码图中提取边坡的拓扑特征,找到边坡失稳临界状态对应的拓扑特征,建立拓扑特征与失稳演化的关系.最终为边坡失稳破坏预测提供一种拓扑化研究工具.研究表明,最长贝蒂1条码的变化反映了边坡的演变过程及失稳破坏规律,贝蒂1条码的突变意味着边坡发生了失稳破坏.运用离散元法和持续同调理论对边坡处于外荷载作用下的破坏特征进行研究,可以更好地了解边坡的破坏机理,为工程防护提供理论依据,同时也为边坡安全设计与灾害预报研究提供了一种全新的数学方法.