复合受载下简支矩形板屈曲分析的微分求积法

为了精确求解复合受载下简支矩形板屈曲失稳的问题。推导简支矩形板无量纲屈曲微分方程,给出简支矩形板屈曲分析的微分求积计算格式。以单(双)向轴压作用下的简支矩形板为例,通过与解析解、有限元解对比验证微分求积法求解简支矩形板屈曲失稳问题的精确性。以轴压和剪应力作用下的简支矩形板为例,通过同解析解对比分析表明,当边长比r=1～5时,解析解与数值解间的差别较小;当边长比r=1/5～1时,解析解随方程数N的增大而逐步逼近数值解。     

局部矩形板剪切屈曲的数值仿真分析

针对剪应力作用下局部矩形板,屈曲失稳系数的数值解、解析解编程繁琐的问题,以简支边界条件为例,从力学基本原理出发,系统研究局部矩形板有限元屈曲分析时,限制刚性位移的约束边界条件及等效节点载荷的施加方式;同时,给出能量变分法解析求解剪应力作用下矩形板屈曲失稳系数的方程式。通过对比分析解析解、有限元数值解和其他数值解表明,当解析解方程数N增加时,解析解与其他数值解逐步逼近;当解析解方程数N不变、边长比r增加时,解析解与其他数值解间相对误差逐步增大,有限元数值解与其他数值解间相对误差较小。     

起重机简支斜板的局部稳定性研究

为了分析起重机斜板结构的局部屈曲失稳问题。针对斜坐标系下纵向载荷作用斜板的屈曲控制微分方程、简支边界条件,进行无量纲化。同时,给出微分求积法(DQM)求解简支斜板局部屈曲失稳临界载荷的具体方法。以单向轴压作用下简支斜板为例,首先通过对比验证DQM数值解的精确性;最后对起重机简支斜板结构参数与屈曲临界载荷之间的关系进行了研究。     

等效节点载荷解析解在结构受力分析中的应用

针对非均布载荷作用结构的受力分析问题,从有限元基本原理出发,选取三角形单元对加载边进行等间距网格离散,推导加载边上端点和中间节点处等效节点载荷的解析解,其包含加载边端点坐标、网格数、外加载荷及外加载荷与加载边的夹角。以单向均布轴压作用下斜板的屈曲分析、非均布载荷作用下悬臂矩形板弯曲的弹性力学解为例,在加载边节点上施加解析解对应等效节点载荷。通过对比其他数值解表明,解析解可精确、简便地求解非均布载荷作用结构的受力问题。     

起重机加筋翼缘板的局部屈曲数值仿真分析

针对起重机柔性肋加筋翼缘板的局部屈曲失稳问题,以承受单向轴压的四边简支加筋矩形板为分析对象,采用有限元数值方法,研究加筋板在文献[1]的约束方法下,长宽比β、抗弯刚度比γ、面积比δ对屈曲系数k的影响。将得到的结果与Timoshenko能量法进行对比,验证了有限元数值仿真法的正确性。对比研究截面积相同但纵向构型不同的加筋肋在相同配筋方式下对简支矩形板的加强作用。结果表明:当长宽比β=1.67时,T型肋加筋板屈曲系数比矩形肋加筋板屈曲系数大54.8%;角型肋加筋板比矩形肋加筋板大32%。     

功能梯度斜板的屈曲分析

研究面内荷载作用下功能梯度斜板的屈曲问题.基于经典板理论,假设材料性质为板厚度方向坐标的幂函数,不考虑温度的影响,推导功能梯度板在纵向荷载作用下的平衡微分方程,运用坐标转换关系,建立斜坐标系下功能梯度斜板的屈曲微分方程.采用微分求积法,离散屈曲微分方程,结合边界条件,给出功能梯度斜板在两对边受有均布压力作用下临界屈曲荷载的无量纲数值解.在此基础上,讨论板的几何外形尺寸、夹角、梯度指标以及中面变形等因素对临界屈曲荷载的影响.结果表明:功能梯度板的临界屈曲荷载变化介于相应的均质各向同性板的临界屈曲荷载变化之间;功能梯度材料板的临界屈曲荷载变化随板的相对几何外形尺寸宽长比b/a的减小而减小,随梯度指标κ和夹角θ的增加而减小;中面变形对夹角较小和梯度指标较高的板有较大影响.     

虚拟弹簧边界Mindlin板的自由振动和屈曲分析

对于Mindlin板的自由振动和特征屈曲问题,为了用少量结点数求得高精度数值解,并直接求得完整的模态向量,文中使用虚拟弹簧边界作为边界条件的施加方法,运用微分求积有限单元法推导出Mindlin板的自由振动和屈曲特征方程.基于Matlab编程计算多种边界、不同厚度的Mindlin板的自振频率和屈曲因子,并讨论计算方法的收...     

分数阶微分型黏弹性地基上变厚度矩形板的动力响应分析

研究了黏弹性地基上变厚度矩形薄板的动力响应。采用分数阶微分的Kelvin-voigt模型描述地基的黏弹性特征,基于弹性板的基本假设,对于小变形问题,建立了黏弹性地基上变厚度矩形薄板的动力控制微分方程。针对该分数阶变系数偏微分方程,采用Galerkin法和Haar小波配点法进行数值求解。分析了四边简支板的动力响应特性,得到了均布载荷作用下线性模型、抛物线模型板中心挠度曲线,讨论了变厚度矩形板的厚度比、长宽比、分数阶导数的阶数、地基弹簧系数、粘滞系数、水平剪切系数等参数变化对板动力特性的影响。     

有初挠度简支矩形板的后屈曲特性

船体外壳基本上是由加筋板构成的。这种结构可能由于受面内压力作用面屈曲,为充分利用板的承载能力,减轻结构重量,有时将板设计得比较薄,使其工作于后屈曲状态,对大量的加筋板进行非线性有限元计算是一件非常费时的工作,在船体的初步设计阶段这样做很不经济,为此需先分析板的后屈曲特性,然后把板按某一折减宽度计入到加筋的剖面中去,再对加筋板进行整体屈曲分析,这就需要得到对任意边长比和初挠度均适用的应力相应变之间的显式关系,而目前尚缺乏这方面的研究。有鉴于此,应用von-Karman大挠度薄板方程,对承受单向面内压力、四力简支的有初挠度矩形板进行后屈曲特性分析（其中挠曲函数取为双傅氏级数的一项）,将有关变量化为无量纲量,以无量纲载荷作为小参数,用参数摄动法求解非线性代数方程组,得到受压边最大应力与平均压应力之间,平均压应力与平均应变之间的显式函数式,分析了不同边长比和初挠度对矩形板后屈曲特性的影响,结果表明初挠度的存在会明显降低板的面内刚度,继而将这些结论推广应用到边长比大于√2的情况。     

热弹耦合运动斜板振动特性研究

分析无量纲运动速度、边长比、斜角,无量纲热弹耦合因子等参数对热弹耦合运动斜薄板振动特性的影响。以运动热弹耦合运动斜薄板为研究对象,基于弹性薄板小挠度弯曲理论,建立运动微分方程,采用微分求积法进行离散建立热弹耦合运动斜板的特征方程。得到了热弹耦合运动斜板前3阶模态的无量纲复频率与运动速度之间的关系曲线。结果表明,相同条件下,第1阶模态发散失稳的临界速度随着斜板角度的增加而减小,第1阶模态的发散失稳临界速度随着无量纲热弹耦合因子的增大而增大。     

搅拌摩擦焊接加筋板轴压稳定性研究

运用半经验公式对采用搅拌摩擦焊接技术的加筋板轴向压缩局部屈曲临界应力进行工程计算,并应用有限元软件ABAQUS对该型结构的稳定性进行数值计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷;参考工程计算和有限元计算值,对加筋板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳及破坏载荷进行试验研究,并考虑侧边支持条件对结果的影响。试验分析表明,非承载边的约束条件对试件的屈曲载荷有一定的影响,而对试件的承载能力影响较小;搅拌摩擦焊加筋板具有一定的后屈曲承载能力;有限元计算结果与试验结果较吻合,说明模拟方法可以用来对该型结构的稳定性能进行分析,从而为该型结构的优化设计及工程应用提供分析参考。     

圆环变形及屈曲的重心插值配点法分析

采用数值稳定性好、计算精度高的重心Lagrange插值近似未知函数,提出数值分析圆环变形和临界载荷的重心插值配点法.给出基于重心Lagrange插值微分矩阵的显式表达式,建立分析圆环在对径外力作用下变形的配点法公式和边界条件施加方法.详细推导均布压力作用下圆环屈曲载荷的计算公式.给出圆环变形和屈曲载荷的数值计算算例.数值算例表明,重心插值配点法不但具有较高的计算精度,而且具有很好的数值稳定性.     

斜直井中考虑摩擦时钻柱的正弦屈曲分析

提出了在斜直井中钻柱正弦屈曲分析时对摩擦阻力的处理方法,给出了考虑摩擦阻力时的屈曲平衡方程,建立了相应的微分求积法列式,用微分求积法时平衡方程直接求解。在力学模型中考虑了摩擦因数、重力线密度、钻柱长度和井斜角对临界载荷的影响,并将数值计算结果与实验数据进行了比较。分析表明,提出的在钻柱正弦屈曲分析时对摩擦阻力的处理方法是正确有效的,能够为实验结果提供理论分析基础;在同等条件下,钻柱正弦屈曲临界载荷随摩擦因数的增加而增大;钻柱越长,摩擦阻力对临界载荷的影响越大,在一定程度上,摩擦可以增加钻柱的稳定性。     

斜直井中考虑摩擦时钻柱的正弦屈曲分析

提出了在斜直井中钻柱正弦屈曲分析时对摩擦阻力的处理方法,给出了考虑摩擦阻力时的屈曲平衡方程,建立了相应的微分求积法列式,用微分求积法对平衡方程直接求解.在力学模型中考虑了摩擦因数、重力线密度、钻柱长度和井斜角对临界载荷的影响,并将数值计算结果与实验数据进行了比较.分析表明,提出的在钻柱正弦屈曲分析时对摩擦阻力的处理方法是正确有效的,能够为实验结果提供理论分析基础;在同等条件下,钻柱正弦屈曲临界载荷随摩擦因数的增加而增大;钻柱越长,摩擦阻力对临界载荷的影响越大,在一定程度上,摩擦可以增加钻柱的稳定性.     

不连续问题的微分求积(DQ)法

针对载荷不连续和结构几何不连续问题,系统地研究节点分布方式和载荷等效模式对微分求积法求解收敛性和精度的影响,提出一种基于改进的节点分布方式和载荷等效模式的微分求积(differential quadrature)法。继而分别以不同边界条件下受集中载荷和局域分布载荷的梁构件以及含分层层合板的面内弹性屈曲问题为例,对载荷不连续和结构几何不连续问题进行求解,证明文中方法的有效性。与传统的微分求积法相比,文中方法在处理非连续问题时,精度更高且收敛更快,为工程中采用微分求积法解决不连续问题提供一种高效可行的方法。     

矩形厚板弹塑性屈曲的微分求积法分析

笔者首次采用微分求积法分析了矩形厚板的弹塑性屈曲问题.为了考虑横向剪切变形的影响,采用了Mindlin板理论和全量理论和增量理论,推导了相应的控制微分方程与内力的表达式.为了验证所推导的公式和求解算法,将本文结果与现有文献中的结果(包括精确解)进行了对比.然后给出了一些新的结果,并指出了两种理论结果之间差异大的原因是由...     

应用扰动广义微分求积法的复合材料层合板剪切屈曲分析与优化

广义微分求积(GDQ)法求解复合材料层合板剪切屈曲时存在计算精度差、计算振荡不收敛问题,研究发现该现象源于载荷矩阵存在奇异,为此,提出扰动GDQ法,通过扰动主对角线权重系数以改善载荷矩阵的奇异性来消除计算振荡。数值算例验证了扰动策略的有效性,实现复合材料层合板剪切屈曲问题的高效稳定求解。在此基础上,结合直接搜索模拟退火算法,开展了含剪切载荷的复合材料层合板铺层顺序优化。结果表明：剪切工况时对称复合材料层合板的优化铺层不受铺层数和铺设形式影响,优化铺层角随长宽比增大而趋于60°;而剪切与轴压组合工况下较小的剪切力能改善层合板屈曲性能,随着剪切力的增大,优化屈曲性能逐渐降低,优化铺层趋同于剪切工况。研究结果为复合材料层合板的剪切屈曲性能设计提供了参考。     

基于微分求积法的电力系统暂态稳定仿真

状态方程常常被用来研究复杂电力系统暂态稳定的动态特性,但实际复杂系统所建立的状态方程很难求出其解析解。求解微分方程组的常用方法有:线性化变换和数值解法。RungeKutta法被广泛应用于求解一定精度下的数值解。近年来,应用于工程力学领域的微分求积法(Differential Quadrature Method,DQM),能用较少的数值点求得高精度的数值解。研究了基于微分求积法的电力系统暂态稳定数值计算。以一个电力系统常见的暂态过程为例,通过数值实验将DQM与Runge-Kutta法进行对比分析。数值实验表明,微分求积法适用于电力系统暂态稳定的数值计算。     

变厚度多孔梯度材料圆板的热后屈曲分析

为分析多孔梯度材料圆板在非均匀温度场中的热后屈曲响应,基于经典板理论和物理中面概念建立了梯度多孔材料圆板在热载荷作用下的控制微分方程,其中假设厚度变化沿半径为二次抛物线型且板在其厚度上具有对称和非对称的非均匀孔隙率分布。采用打靶法数值求解了问题的屈曲和后屈曲响应,给出了均匀升温和热传导下的梯度多孔非线性变厚度圆板后屈曲平衡路径。结果显示：变厚度系数、孔隙率系数、孔隙分布方式以及温度场对板的临界载荷和后屈曲平衡路径均有影响;在不同温度场中孔隙率系数越大,屈曲时的临界载荷越小;孔隙率对称分布下的临界载荷大于非对称情况下的。     

陶瓷/金属非保守FGM斜板的颤振分析

研究了陶瓷/金属非保守功能梯度材料（FGM）斜板的颤振问题。以薄板理论为基础,假定材料的等效物性参数为沿厚度方向体积分数的幂律变化,在斜坐标系下建立了非保守FGM斜板的运动微分方程。运用微分求积法,对四边固支边界条件下陶瓷/金属非保守FGM斜板的量纲一复频率进行了数值计算,分析了FGM斜板的梯度指标、夹角和长宽比的变化对非保守FGM斜板稳定性的影响。结果表明,非保守FGM斜板的临界颤振荷载随梯度指标和夹角的增大而减小,随长宽比的增大而增大。