弹性地基上多孔功能梯度材料矩形板的自由振动与临界屈曲载荷分析

多孔功能梯度材料(FGM)构件的特性与孔隙率和孔隙分布形式有密切关系。本文基于经典板理论,考虑不同孔隙分布形式时修正的混合率模型,研究Winkler弹性地基上四边受压多孔FGM矩形板的自由振动与临界屈曲载荷特性。首先利用Hamilton原理和物理中面的定义推导Winkler弹性地基上四边受压多孔FGM矩形板自由振动的控制微分方程并进行无量纲化,然后应用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程和边界条件进行变换,得到计算无量纲固有频率和临界屈曲载荷的代数特征方程。将问题退化为孔隙率为零时的FGM矩形板并与已有文献进行对比以验证其有效性。最后计算并分析了梯度指数、孔隙率、地基刚度系数、长宽比、四边受压载荷及边界条件对多孔FGM矩形板无量纲固有频率的影响以及各参数对无量纲临界屈曲载荷的影响。     

THERMAL BUCKLING ANALYSIS OF CIRCULAR PLATE EMBEDDED IN AN INFINITE ELASTIC PLATE 1)

分析了嵌入无限大弹性板中的圆板在变温时的热屈曲问题。由于圆板的热膨胀系数与无限大弹性板的热膨胀系数不同,温度变化时圆板中会产生压应力。当压应力达到其临界值时,圆板会发生热屈曲。首先,基于弹性力学平面应力问题的基本理论,得到圆板和无限大弹性板的应力和位移;然后建立圆板热屈曲的控制微分方程,求得临界屈曲温度的解析解和数值解,着重讨论圆板和无限大弹性板的材料物性参数的关系对圆板临界屈曲温度的影响。     

嵌入无限大弹性板中圆板的热屈曲分析

分析了嵌入无限大弹性板中的圆板在变温时的热屈曲问题。由于圆板的热膨胀系数与无限大弹性板的热膨胀系数不同,温度变化时圆板中会产生压应力。当压应力达到其临界值时,圆板会发生热屈曲。首先,基于弹性力学平面应力问题的基本理论,得到圆板和无限大弹性板的应力和位移;然后建立圆板热屈曲的控制微分方程,求得临界屈曲温度的解析解和数值解,着重讨论圆板和无限大弹性板的材料物性参数的关系对圆板临界屈曲温度的影响。     

冲击载荷作用下矩形薄板的弹性动力屈曲

为了研究冲击载荷作用下考虑应力波效应弹性矩形薄板的动力屈曲,根据动力屈曲发生瞬间的能量转换和守恒准则,导出板的屈曲控制方程和波阵面上的补充约束条件,真实的屈曲位移应同时满足控制方程和波阵面上的附加约束条件。满足上述条件,建立了该问题的完整数值解法,对屈曲过程中冲击载荷、屈曲模态和临界屈曲长度之间的关系进行研究,定量计算了横向惯性效应对提高薄板动力屈曲临界应力的贡献。研究表明:板的厚宽比一定时,临界屈曲长度随冲击载荷的增大而减小;由于屈曲时的横向惯性效应,应力波作用下薄板一阶临界力参数是相应边界板的静力失稳临界力参数的1.5倍;随着边界约束逐渐减弱,板临界力参数逐渐减小,动力特征参数逐渐增大。     

复合材料板的几何非线性行为综述

本文概述了利用分析方法了解弹性层合板静态大挠度,后屈曲和非线性动态响应方面的进展.在对称层合板情况下不存在弯曲-拉伸耦合.应用了正交异性板或各向异性板的经典非线性理论,还提供了有关这些板的参考文献.简要评述了许多类型边界条件下一般层合板的非线性剪切变形理论和一般解法.在本综述中讨论的使复合材料板几何非线性行为复杂化的一些影响因素是:横向剪应力和正应力,转动惯量和面内惯量,面内初始边界力,几何缺陷,切口,以及非经典边界条件.     

复合材料板的几何非线性行为综述

本文概述了利用分析方法了解弹性层合板静态大挠度,后屈曲和非线性动态响应方面的进展.在对称层合板情况下不存在弯曲-拉伸耦合.应用了正交异性板或各向异性板的经典非线性理论,还提供了有关这些板的参考文献.简要评述了许多类型边界条件下一般层合板的非线性剪切变形理论和一般解法.在本综述中讨论的使复合材料板几何非线性行为复杂化的一些影响因素是:横向剪应力和正应力,转动惯量和面内惯量,面内初始边界力,几何缺陷,切口,以及非经典边界条件.      

加筋圆柱曲板的侧压稳定性

本文对四边简支加筋圆柱曲板在侧向压力作用下的弹性稳定问题进行了计算。把加筋曲板作为各向异性曲板处理,考虑加筋位置偏心及筋条抗扭刚度的影响,在经典简支和直边顶住简支两种边界条件下,采甩线性理论。对有关参数进行分析,找出影响临界载荷的主要参数,给出便于使用的曲线。      

无拉力弹性地基上矩形板屈曲/后屈曲问题的辛求解方法

无拉力弹性地基上矩形薄板的屈曲/后屈曲问题是板壳力学中一类重要课题,在工程中有着大量应用.因涉及接触非线性,目前主要采用数值方法对该类问题进行求解,发展具有重要基准价值的解析方法是当前面临的一项挑战.针对上述问题,本文将板划分为若干包含强制边界条件的板,形成子问题,在辛空间下利用分离变量与辛本征展开对子问题进行解析求解,通过子问题边界处的连续条件确定板与地基的接触状态;通过迭代求解上述过程,获得子问题划分的收敛结果,并得到最终屈曲载荷及模态.结果表明,无拉力弹性地基与Winkler地基上板的屈曲行为存在显著差异,且无拉力弹性地基的刚度对板的屈曲载荷与屈曲模态均有重要影响.在此基础上,结合Koiter摄动法与辛方法,对无拉力弹性地基上矩形板的后屈曲问题进行求解,获得板的后屈曲平衡路径.所得到的屈曲与后屈曲分析结果均与有限元计算结果吻合良好,确认了本文结果的正确性.由于本文方法数学推导严格,求解效率高,因此不仅为研究无拉力弹性地基上矩形薄板的屈曲/后屈曲行为提供了一种有价值的理论工具,更有望拓展至更多复杂板壳力学问题的求解.     

屈曲前变形对加筋圆柱曲板侧压稳定性的影响(线性一致理论)

一、前言航空结构中,经常遇到加筋园柱曲板在侧压作用下的稳定问题。曾有许多作者[1],[2],[3],[4]研究过加筋园柱壳的弹性稳定问题,并讨论了加筋偏心的影响。[4]还考虑了屈曲前变形的影响。我们曾在[5],[6]中讨论过简支园柱曲板的侧压稳定问题。[5]是将曲板作为各向异性板处理,[6]考虑了加筋离散性的影响。但是,[5][6]均假定屈曲前,曲板为薄膜应力状态。由于简支园柱曲板,在侧压作用下,屈曲前已有弯曲变形,并非薄膜应力状态,因而理论分析与实      

具有压电材料弹性环形板的屈曲

对在不同位置粘有任意多对压电片的弹性环形板在电压和径向压力作用下的轴对称屈曲进行了研究．根据压电效应的等效作用量，初参数法以及传递矩阵方法得到了环板屈曲的特征方程．对不同位置及不同宽度的压电片，计算了结构的屈曲载荷．并得到了稳定性边界曲线．     

含基体横向损伤的黏弹性板的蠕变后屈曲分析

基于Schapery三维黏弹性损伤本构关系,引入沈为和Kachanov损伤演化方程,建立了基体横向损伤的纤维单一方向铺设黏弹性板的损伤模型;应用von Karman板理论,导出了考虑损伤效应的具初始挠度的纤维单一方向铺设黏弹性矩形板的非线性压屈平衡方程. 对未知变量在空间上采用差分法离散,时间上采用增量算法和Newton-Cotes积分法离散,控制方程被迭代求解. 算例中讨论了损伤以及有关参数对黏弹性复合材料板后屈曲行为的影响,且与已有文献的结果进行了比较. 数值结果表明：随着外载荷或者初始挠度的增大,板后屈曲趋于稳定时的挠度就愈大,损伤的影响愈明显;而随着长宽比的增大,板后屈曲趋于稳定时的挠度愈小,损伤的影响却随之增大.     

侧向间隙点约束作用下弹性圆(环)板的热过屈曲响应

基于von Karman薄板理论推导了均匀升温下的弹性圆(环)板受到侧向间隙点约束作用前后的轴对称热过屈曲方程.点约束位于圆(环)板圆心处的侧向两侧,且间隙值在板的热过屈曲变形范围内.控制方程是一组以中面位移为基本未知量,以温度载荷为参数,接触后约束条件改变的非线性常微分方程组.采用打靶法数值求解所得方程,获得了周边不可移夹紧和简支圆(环)板在接触前后的热过屈曲响应.着重研究了圆(环)板受到点约束作用后的过屈曲变形和内力的变化情况,分析了环板内外半径比及边界条件的影响,给出了有关的平衡构形和平衡路径.     

S型功能梯度扁球壳非线性屈曲的渐近分析

本文利用渐近迭代法获得了边界弹性支撑的功能梯度扁球壳的非线性屈曲问题的理论解．假设材料组分体积分数沿壳体厚度方向呈sigmoid幂函数变化,边界上考虑一般的弹性支撑约束．基于经典的薄壳理论和几何非线性关系,导出了S型功能梯度扁球壳的非线性屈曲问题的控制方程．采用渐近迭代法通过两次迭代得到了无量纲挠度和均布荷载之间的非线性特征关系．通过与已有有限元方法和其他数值方法的结果对比,验证了本文解的有效性和高精度．同时,通过计算阐述了缺陷因子、材料参数、边界约束系数及特征几何参数对壳体临界屈曲荷载的影响．     

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.     

基于改进Reddy型三阶剪切变形理论的弹性地基上FG-CNTRC板屈曲无网格分析

针对含碳纳米管转向的Pasternak地基上功能梯度碳纳米管增强复合材料FG-CNTRC(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite)板的屈曲问题,提出了一种基于改进Reddy型三阶剪切变形理论TSDT(third-order shear deformation theory)和移动最小二乘近似MLS(moving-least square)的无网格分析模型。该模型避免了无网格法第二类边界条件的施加困难问题,且能够满足中厚/厚板的自由表面条件,无需额外引入剪切修正因子。基于最小势能原理推导了弹性地基上FG-CNTRC板的无网格屈曲控制方程,采用完全转换法处理本质边界条件。通过基准算例验证了本文方法的收敛性及有效性,讨论了碳纳米管的转向角、体积分数、分布形式、地基系数、宽厚比和边界条件等对FG-CNTRC板临界屈曲荷载的影响。     

表面效应影响的弹性条带状薄膜非线性尺寸相关屈曲行为

本文在非线性Von Karman板理论基础上,通过引入表面弹性研究了弹性条带状薄膜在简单支撑条件下的非线性尺度相关屈曲行为.按照Mindlin 假设,用Hamilton变分原理导出带有表面效应影响的一般控制方程及非经典边界条件,同时引入了非零的正应力和大变形的影响.得到了平面应变情况下简单支撑薄膜的屈曲行为和准确解,并详细阐明了归因于表面效应的薄膜尺寸相关屈曲行为.     

网格型整体加筋柱形曲板的屈曲试验

本文介绍了柱形曲板的屈曲试验方法.试验了铝合金LY12-CZ 整体网格型筋条的36个试件,试验载荷是均匀轴压,均匀剪切,轴压与内压复合以及轴压与剪切复合.在弹性薄壳小挠度理论基础上,运用伽辽金法进行柱形曲板的屈曲分析;与简支整体加筋曲板的试验结果相比较有较好的一致性.     

弹性约束边界圆环板面内自由振动的二维弹性解

基于二维线弹性理论,应用哈密顿原理导出弹性约束边界圆环板面内自由振动的控制微分方程。采用微分求积法(DQM)数值研究了弹性约束边界圆环板面内自由振动的频率特性。通过设置弹性刚度系数为0或∞,问题退化为四种典型边界圆环板的面内自由振动,与已有文献的计算数值结果进行比较,证实本文的分析求解方法行之有效。最后全面考虑了圆环板边界条件、几何系数及刚度系数对自振频率的影响。     

含微孔洞损伤的压电功能梯度矩形板热屈曲分析

研究了含微孔洞缺陷的压电功能梯度材料矩形板的热屈曲相关特性。假定功能梯度层的材料参数如热膨胀系数及弹性模量均沿厚度方向呈指数变化,且四边简支边界条件。首先推导了屈曲平衡方程,然后结合数值算例分析了功能梯度层材料性能的梯度参数、厚度及长宽比对临界屈曲温度的影响,最后分析了微孔洞损伤对临界外荷载的影响。结果表明:板的薄厚程度对屈曲特性有较大的影响,板越薄则临界屈曲温度越低;材料属性的梯度变化越大,临界屈曲温度也越低;微孔洞缺陷带来的损伤对于临界屈曲荷载的影响很小,但对于某些特殊情况,如需要更精准的传感器设计则不建议忽略,且损伤影响随着板厚增大而减小。     

非均匀Winkler弹性地基上变厚度矩形板自由振动的DTM求解

针对非均匀Winkler弹性地基上变厚度矩形板的自由振动问题,通过一种有效的数值求解方法——微分变换法（DTM）,研究其无量纲固有频率特性。已知变厚度矩形板对边为简支边界条件,其他两边的边界条件为简支、固定或自由任意组合。采用DTM将非均匀Winkler弹性地基上变厚度矩形板无量纲化的自由振动控制微分方程及其边界条件变换为等价的代数方程,得到含有无量纲固有频率的特征方程。数值结果退化为均匀Winker弹性地基上矩形板以及变厚度矩形板的情形,并与已有文献采用的不同求解方法进行比较,结果表明,DTM具有非常高的精度和很强的适用性。最后,在不同边界条件下分析地基变化参数、厚度变化参数和长宽比对矩形板无量纲固有频率的影响,并给出了非均匀Winkler弹性地基上对边简支对边固定变厚度矩形板的前六阶振型。