径向荷载作用下多排圆柱壳八塑性铰变形行为研究

研究圆柱壳的径向动力变形行为,有助于构造具有高吸能率的抗爆结构.与单个圆柱壳径向受压四塑性铰变形机构相比,多排圆柱壳因受相邻两圆柱壳横向约束,其变形特征有所不同.通过对多排圆柱壳的受力分析、准静态压力实验、小药量爆炸实验和数值模拟研究,明确了径向荷载作用下多排圆柱壳的塑性变形行为,提出并确立了八塑性铰变形机构,即由四个塑性区边缘不断外移的移动铰和四个塑性区相对大小不变的固定铰组成.进一步,确定了转动区尺寸及塑性铰位置,计及应变率效应和材料硬化效应,建立了八塑性铰机构塑性铰附近的塑性弯矩表达式,为用模态法求解多排圆柱壳的大变形问题奠定了基础.     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.     

多层不等厚组合圆柱壳屈曲数值模拟分析

针对大型立式组合圆柱壳结构的几何特征,采用数值模拟方法分析了多层不等厚特征因素对圆柱壳屈曲临界载荷的影响.提出多层不等厚可看成是圆柱壳壳壁上的几何缺陷,在一定程度上会减弱经典圆柱壳的屈曲临界应力水平.建立数个多层不等厚组合圆柱壳的屈曲分析有限元（FEA）模型,初步分析了不同载荷工况下多层组合圆柱壳的屈曲行为,得到相应的屈曲失稳临界载荷,验证了环向应力对组合圆柱壳屈曲的影响规律.结果表明,多层不等厚特征因素可明显降低经典圆柱壳的屈曲临界载荷,其中层数和相邻圆柱壳壁厚差值对屈曲临界载荷的影响最大.     

Axial impact response of composite cylindrical shell

０　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣｏｍｐｏｓｉｔｅｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｓａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｙｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｙａｒｅｃａｐａｂｌｅｏｆａｂｓｏｒｂｉｎｇａｌａｒｇｅｍｏｕｎｔｏｆｅｎｅｒｇｙｕｎｄｅｒａｘｉａｌ...     

Effect of matrix cracking on the time delayed buckling of viscoelastic laminated circular cylindrical shells

The effect of matrix cracking on the bifurcation creep buckling of viscoelastic laminated circular cylindrical shells is investigated. The viscoelastic behavior of laminas is modeled by Schapery’s integral constitutive equation with growing matrix cracks. The values of damage variables are correlated to non-dimensional density of matrix cracks relying on the formulas from meso-mechanics approach, and the evolution equation predicting the growth rate of density of matrix cracks is assumed to follow a power type relation with transverse tensile stress. The governing equations for pre-buckling creep deformation and bifurcation buckling of laminated circular cylindrical shells under axial compression are obtained on the basis of the Donnell type shallow shell theory and Kármán-Donnell geometrically nonlinear relationship. Corresponding solution strategy is constructed by integrating finite-difference technique, trigonometric series expansion method and Taylor’s numerical recursive scheme for convolution integration. The bifurcation creep buckling of symmetrically laminated glass-epoxy circular cylindrical shells with matrix creep cracking coupled are examined for various geometrical parameters and parameters of damage evolution as well as boundary conditions. The numerical results show that matrix creep cracking remarkably shortens the critic time of bifurcation buckling and reduces the durable critic loads, and its effects become weak and finally vanish with the increase of the ratio of radius to thickness in the case of short laminated circular cylindrical shells, also the influence of the matrix creep cracking is mainly dependent on the boundary conditions at two ends for moderately long circular cylindrical shells. Supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province (Grant No. 05JJ3008)     

含损伤复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲

为分析损伤对复合材料圆柱壳结构动力性能的影响,该文以一阶剪切变形理论为基础,由Hamilton原理推导出包含横向剪切变形以及初始几何缺陷的圆柱壳的非线性动力方程.复合材料圆柱壳上的初始几何变形以初始几何缺陷的方式描述并引入方程,针对基体破坏子层进行刚度折减,并求得脱层损伤区域的等效刚度矩阵.采用半解析法求解方程,并根据求得的位移响应情况,由B-R准则判定屈曲,确定屈曲临界载荷;分析初始几何变形、伴随脱层及子层基体破坏等损伤形式对复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲的综合影响.     

激光辐照金属圆柱壳体热应力分析

研究了激光辐照金属圆柱壳体的热力效应,运用有限元法计算了金属圆柱壳体三维热传导模型的温升与热应力分布,计算中考虑了材料的热学和力学性质的非线性,讨论了几个特定时刻的圆柱壳体内外表面的热应力和热变形。结果表明,光斑边缘附近区域的等效应力最大并随加载时间增加向外移动,圆柱壳体的热变形在光斑区由内表面向外凸出。     

复合材料加口盖柱壳的设计与分析

基于ABAQUS软件,建立了1/3复合材料加筋柱壳结构的有限元模型,并对其压缩性能进行了分析,结果表明:结构的破坏形式为压缩稳定性破坏。在此基础上,研究了口盖的材料、铺层、尺寸等对带口盖加筋柱壳压缩性能的影响,为满足工程需要提出了对柱壳结构开口尺寸及口盖设计的改进方法。通过对改进结构进行分析表明,将口盖铺层的纤维整体偏转25°,能够使柱壳屈曲载荷提高6.8%,口盖选用与基体结构相同的复合材料比选用金属材料好。在对质量要求不高的情况下,口盖材料可以用铝合金7075代替碳纤维复合材料。     

流-固冲击载荷作用下圆柱薄壳的动力屈曲研究

研究流-固冲击载荷作用下的圆柱薄壳动力屈曲问题。运动方程采用Karman-Donnell运动方程,本构关系采用增量理论,借助增量数值计算方法对Karman-Donnell运动方程进行求解。结果表明：均匀径向外压对圆柱壳的轴向冲击过程和冲击性态有较大的影响。讨论了径向压力与轴向冲击载荷的幅值对结构临界动力屈曲载荷和临界动力失效载荷的影响。     

风载荷作用下浮顶储罐的屈曲模态分析

对风载荷作用下立式储罐发生变形失效的问题进行了研究。应用Workbench软件对浮顶储罐进行建模,利用特征值进行屈曲分析并绘制储罐的屈曲变形图。通过软件读取不同阶数的模态图,分析储罐发生变形的部位和原因,并研究不同风速下储罐迎风面和背风面罐壁应力的变化情况。结果表明,壳体位移以径向位移为主;随着罐壁高度的增加,风载荷引起的应力由以轴向应力为主转变为以周向应力为主;周向角为0°时等效应力总体呈上升趋势,周向角为180°时罐壁所受等效应力呈先减小后增大的趋势。研究结果可为储罐的抗风设计提供参考。     

实体单元焊点模型在前纵梁碰撞仿真中的应用

为了提高碰撞仿真中汽车前纵梁焊点的模拟精度,应用LS-DYNA软件,建立了壳单元模拟母材、单个实体单元模拟焊核和热影响区的焊点模型。母材材料特性及焊点失效参数分别通过板材拉伸试验及焊点杯形拉伸试验获得。采用数值KSⅡ试验对该焊点模型在母材网格不同偏置情况下的内力进行了研究。基于经验证的纵梁有限元模型对前纵梁碰撞进行了仿...     

夹芯复合材料耐压壳舱段仿真计算及临界环肋高度确定方法研究

本文基于Abaqus有限元仿真软件,针对夹芯复合材料耐压壳舱段有效支撑的临界环肋高度问题进行了计算分析.论文首先结合相关试验结果,对仿真计算方法进行了验证.然后建立了共3个系列15个有限元模型,对在不同腹板铺层方式、不同尺寸的T型截面舱段环肋结构支撑下的夹芯复合材料耐压壳长舱段进行了临界屈曲载荷的计算,并得到以下结论.通过设置环肋可以有效地增加夹芯复合材料耐压壳长舱段的稳定性.当环肋的支撑刚度增加到一定值时,长舱段的屈曲模态会从整体屈曲转变为被环肋边界限制在舱段范围内的的多段的单分段屈曲模态,该环肋高度称为环肋有效支撑的临界环肋高度.环肋有效支撑的临界高度可以通过屈曲载荷随腹板高度的增长趋势图中两段直线的交点位置来确定.当环肋高度大于临界环肋高度时,结构的分段屈曲载荷与环肋的属性关系不大,主要与夹芯圆柱壳自身的尺寸与材料属性有关.经计算,本文所分析的夹芯复合材料耐压壳结构其分段自身屈曲载荷可达7.0MPa.     

加劲肋对外伸端板连接火灾下破坏模式的影响

为研究外伸端板连接节点火灾下的破坏模式及承压加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响,研究了热力耦合作用下节点的响应.采用钢结构设计理论和非线性有限元分析方法研究了节点火灾下的破坏模式、承压加劲肋的失稳及加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响.结果表明:火灾下节点的破坏模式为:首先在端板和柱翼缘承拉区发生弯曲大变形,之后承压部分局部失稳并最终导致节点丧失承载力;承压加劲肋厚度对节点耐火性能有较大影响,火灾下加劲肋受到不断加大的热应力作用,但其临界应力随材料刚度退化而不断降低,较薄的承压加劲肋易发生失稳并引发柱腹板局部屈曲导致节点失效.适当增加承压加劲肋厚度可防止加劲肋的屈曲并有利于柱火灾下的稳定.     

爆炸荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应及破坏模式分析

目的分析焊接工字形钢梁在爆炸荷载作用下破坏模式及影响动力响应的主要因素,为钢梁抗爆设计提供建议．方法采用有限元软件ANSYS／LS—DYNA,基于流固耦合的方法对钢梁的动力响应及破坏进行数值分析．结果在不同的爆炸荷载作用下,钢梁可能发生剪切破坏、弯剪联合破坏和翼缘屈曲破坏3种破坏模式;增高腹板高度可以有效地控制钢梁在爆炸荷载作用下的跨中最大位移,效果次之的是增加翼缘板厚度和腹板厚度,效果最差的是增加翼缘板宽度．结论钢梁的破坏模式与比例距离有关．随着比例距离增大,钢梁的破坏模式由剪切破坏模式转变为翼缘屈曲破坏模式．增大梁截面高度,能有效地提高钢梁的抗爆承载力．     

带加劲环埋藏式压力钢管的抗外压稳定性分析

水电站压力钢管作为一种薄壳结构,在承受外压时易发生压屈而失稳,成为某些水电站压力管道钢衬设计的控制因素.目前规范采用明管抗外压的米赛斯公式计算埋藏式加劲环压力钢管的临界外压,将外包混凝土衬砌对管壁的径向约束作用作为安全储备,安全系数略予降低.为量化这种必然使钢管临界外压增大的混凝土衬砌径向约束作用,首先利用非线性屈曲分析按明管定量分析加劲环式压力钢管的临界外压,进而再通过在外包混凝土衬砌和钢衬间设置接触单元考虑混凝土衬砌对管壁的径向约束作用,按埋管分析加劲环式压力钢管的临界外压,然后与按米赛斯公式和赖华金等所推导的公式计算的临界外压进行对比.表明即使混凝土衬砌和钢管间有均匀分布的缝隙,外包混凝土衬砌的径向约束作用也会使环间管壁的临界屈曲外压明显提高,提高幅度可高达50%以上.     

带加强圈外压薄壁圆柱壳体稳定性有限元分析

壳体在承受外压的作用时,往往因稳定性不足导致壳体的变形或者压扁,为避免壳体变形,通常在壳体外表面或内表面设置加强圈,以增加壳体的稳定性。采用有限元分析软件ANSYS对有无加强圈的薄壁圆柱壳体进行特征值屈曲分析,探究外加强圈对圆柱壳体的影响。同时针对含有不等高度、不等加强圈厚度以及不等加强圈的间距的薄壁圆柱壳体进行稳定性分析,以便以后能够设计出更加合理的加强圈满足稳定性的要求。     

双轴载荷作用下柱壳的塑性屈曲

采用各向异性刚线性硬化模型研究了柱壳的塑性屈曲问题，当把本构方程的起算点设置在线硬化的起始位置时，本构方程具有线性形式，基此建立了柱壳屈曲的基本方程，并用它求解了四边简支柱壳在双轴载荷作用下的屈曲问题，在弱各项异性情况下获得了最小屈曲载荷的解析表达式．     

圆柱壳结构外压弹塑性稳定性问题的半解析有限元法

本文综合考虑了几何、物理双重非线性因素的影响,对圆柱壳结构在承受外压作用下发生失稳屈曲进行了研究。几何方程采用大位移的应变位移关系,物理方程采用弹塑性分析的应力应变关系,导出了圆柱壳单元弹塑性分析的切线刚度矩阵。计算中,为了追踪失稳屈曲完整的平衡路径,在位于极值点邻域内的每一增量步中,我们采用控制弧长约束下的增量一迭代法进行计算,使计算效率大大提高。     

跨线钢箱梁桥顶推落梁过程的数值模拟

为了研究钢箱梁在高位落梁过程中的受力性能以及局部屈曲性能,以后丁香三号桥为工程背景,提出了一种新的交替式高位落梁工艺.基于ABAQUS有限元软件对落梁过程进行了数值模拟,建立了高位落梁过程三个工况的有限元模型,使用集中荷载模拟千斤顶对梁体的支反力.对三个工况的应力云图和屈曲模态进行分析,结果表明,模拟数据与监测数据吻合较好,结构的应力应变均能满足施工要求.本文提出的高位落梁工艺和数值模拟方法可为类似工程提供参考.     

双箱型空腹圆弧钢拱平面内稳定性分析

为研究新型双箱型空腹圆弧钢拱的平面内稳定特性,采用理论推导与有限元数值模拟相结合的方法,研究其平面内弹性屈曲及弹塑性稳定承载力,分析剪力对拱截面破坏模式的影响,并建立了平面内稳定承载力的设计方法。首先,根据拱截面的剪力分布情况,研究了双箱型空腹圆弧钢拱截面整体剪切变形及弦腹杆剪切变形对平面内弹性屈曲的影响;推导出了考虑双剪切变形影响时,双箱型空腹圆弧钢拱的纯压弹性屈曲荷载公式。然后,参考轴心受压柱设计原理,引入稳定系数及正则化长细比,绘制了纯压状态下的稳定曲线。最后,分析了在几种常见荷载工况下,双箱型空腹圆弧钢拱整体破坏模式的稳定承载力设计公式。本文分析的拱结构新颖,所提弹性屈曲荷载公式计算结果与有限元分析结果十分吻合,同时采用轴力与弯矩的二项式验算了整体稳定承载能力。研究结果可供日后科研和实际工程设计参考,具有一定的现实意义。