爆炸荷载作用下土埋圆柱壳动力屈曲分析

为研究爆炸动载作用下土中圆柱壳结构的动力稳定特性, 依据爆炸动载作用下土埋圆柱壳的受力特征,建立了考虑土与圆柱壳相互作用的土弹簧-柱壳计算模型,应用非线性有限元方法进行了数值计算。在圆柱壳结构动力屈曲过程数值分析的基础上,运用B-R屈曲准则判定土埋圆柱壳在爆炸动载作用下的屈曲临界荷载,并重点讨论了土层变形性质对圆柱壳屈曲荷载的影响,得到了土中圆柱壳屈曲荷载和土体弹性常数K的定量关系。结果表明,屈曲荷载随土体弹性常数的增大而非线性增大。     

负弯矩作用下钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲分析

畸变屈曲负弯矩区是钢-混凝土组合箱梁的最重要屈曲模式之一,而钢梁底板的转动及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲的关键因素.文中对钢-混凝土组合箱梁负弯矩区钢梁底板的等效侧向及转动约束刚度进行了分析,结果表明钢梁底板侧向及转动约束刚度均与外荷载有耦合关系;基于钢梁底板侧向及转动约束刚度计算公式,利用弹性地基梁法推导了组合箱梁畸变屈曲临界应力计算公式,并进一步获得组合箱梁畸变屈曲临界弯矩;最后通过算例将该方法与ANSYS有限元法进行对比.算例分析表明:负弯矩作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载受构件长度影响较小;负弯矩作用下,转动约束刚度折减系数取0.5时,该方法屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果吻合良好.该方法利用了更为科学的钢梁底板侧向及转动约束刚度,考虑了负弯矩区底板和腹板的耦合失稳,计算方法物理意义更为明确,同时该计算方法较为简便,为变轴力作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载计算方法提供了理论基础.     

空间充气支撑管的轴压屈曲分析

将用于空间的Kapton-Al-Kapton充气展开支撑管视为圆柱薄壳,将其初始折痕、褶皱作为初始几何缺陷,采用奇异摄动法研究初始几何缺陷对屈曲荷载和后屈曲平衡路径的影响。结果表明,初始几何缺陷降低了充气支撑管的屈曲载荷,但不同的几何参数与屈曲模态下,充气支撑管对缺陷的敏感度是不同的。     

正交各向异性薄板屈曲和受到中面力时的横向振动特征值

高精度三角形弯曲板单元用于正交各向异性薄板屈曲和振动分析，计算出不同正交异性材料、不同弹性主方向方板在不同支承条件及复杂中面力作用下的屈曲荷载及中面力大小从零到屈曲荷载时方板振动频率。     

圆柱壳的屈曲荷载最大化设计

研究了弹性圆柱壳在任意轴对称边界条件下和受均布法向荷载作用下的稳定性优化设计问题，即极大化屈曲临界荷载。利用能量原理分析轴对称变厚度圆柱壳的分支点屈曲，将求解屈曲临界荷载变成求解广义特征值方程，使圆柱壳稳定性优化设计成为极大化最小特征值问题。算例表明了本方法的有效性。     

考虑径厚比影响的圆柱壳滞回破坏机制分析

为了明确径厚比对于圆柱壳结构滞回性能的影响，通过低周往复荷载试验和数值模拟，研究了不同径厚比圆柱壳的滞回破坏模式和耗能能力。结果表明，径厚比会影响圆柱壳的最终破坏模式，随着径厚比的增大，破坏模式从底部象足式屈曲转变为褶皱式屈曲破坏。累积等效塑性应变和等效黏滞阻尼系数都随着径厚比的增大逐渐降低，径厚比越大，塑性发展越不充分，结构的耗能能力越弱。圆柱壳的塑性强化阶段随着径厚比的增大逐渐缩短，当径厚比超过250后，结构未经历塑性强化直接进入屈曲发展阶段，径厚比越大，局部屈曲出现越早，导致截面未达到全塑性弯矩即破坏，对于大径厚比圆柱壳结构的全塑性弯矩理论值应进行相应的修正。     

阶跃荷载下功能梯度材料圆柱壳的非线性动力稳定性

针对阶跃轴压和阶跃侧压下功能梯度材料圆柱壳的非线性动力屈曲问题,由能量原理推导非线性动力平衡方程,采用变步长四阶Rugge-Kutta法进行求解,得到结构的响应曲线,结合B-R动力屈曲准则给出屈曲临界状态.数值结果表明:阶跃荷载下结构变形存在一占优模态,该模态相应的结构响应发生最早,且幅值最大;阶跃轴压和侧压荷载下结构的非线性动力屈曲荷载与其相应的线性静力屈曲荷载十分接近;在阶跃轴压荷载情况下,动力荷载将激发比静力荷载更高阶的屈曲模态;增加陶瓷组分含量将提高结构的动力屈曲荷载;线性温度分布与实际热传导温度场得到的临界荷载较为接近.     

轴压-弯曲联合荷载下功能梯度材料圆柱壳的屈曲

将理论分析和数值模拟相结合,研究了轴压-弯曲联合荷载作用下功能梯度材料圆柱壳的屈曲行为.以经典Donnell壳体理论为基础,得到功能梯度材料圆柱壳的屈曲控制方程,并通过本征值分析方法得到结构屈曲的临界条件.理论计算结果表明,弯曲屈曲临界荷载随轴压荷载的增长线性递减,材料组分中陶瓷含量的增加有利于结构屈曲临界荷载的提高.理论结果与有限元软件ABAQUS的数值结果相吻合,验证了理论的可靠性.     

具脱层的正交铺设圆柱壳的轴对称屈曲分析

脱层是复合材料最常见的损伤之一，它将导致结构提前失效．本文应用模态分析法研究了具环向贯穿脱层圆柱壳的轴对称屈曲问题．基于线弹性理论，建立了正交铺设脱层圆柱壳的轴对称屈曲微分方程、边界条件、位移连续务件、弯矩与剪力的平衡条件及相容条件．对方程进行求解，得到了脱层长度和深度对屈曲载荷的影响，并通过算例与已有文献进行了比较．     

矩形大开孔圆柱壳轴压作用下的屈曲性能

利用数值方法研究了开有矩形大开孔的薄壁圆柱壳在轴压作用下的屈曲性能.首先通过特征值屈曲分析,得到开孔圆柱壳的一阶屈曲模态,并预测屈曲荷载的上限;其次,通过非线性分析,得到结构的荷载位移全过程响应;然后引入正交试验设计方法,分析了矩形开口的周向角度、高度和轴向位置等几何参数对结构稳定性的影响.分析表明,矩形开孔圆柱壳临界屈曲荷载的上限值远小于无开孔圆柱壳的下限值,影响矩形开孔圆柱壳轴压作用下稳定性的主要因素为壳体的径厚比,临界荷载值随径厚比的增大迅速下降.     

粘接材料及结构在双轴受压和温度耦合作用下变形的尺度效应和非局部效应分析

基于非局部理论, 分析了双层完好粘接板在双轴受压和温度场耦合作用下屈曲的尺度效应和非局部效应. 通过理论计算对经典弹性理论和非局部理论的计算结果进行了比较分析. 结果表明: 在非局部理论下, 由于系统内部结构之间的相互作用, 系统的屈曲临界力有所降低, 并且当屈曲波数越大时, 内部结构相互作用域进一步收缩, 使得有效弯曲刚度减小, 所以非局部参数对屈曲力的影响更为显著; 在外载荷和温度耦合作用下, 温度升高会导致屈曲临界力减小, 温度降低会导致屈曲临界力增大. 还对3 种不同温度场进行了讨论, 分析了在3 种温度场下温度变化对外载荷的影响, 以及与系统尺寸大小的关系.     

132m跨双层圆柱面网壳的非线性稳定分析

以132 m跨国内最大的干煤棚双层三心圆柱面网壳为研究对象,采用ANSYS有限元分析程序研究其稳定性。在计算中,考虑了载荷作用方式及结构的几何缺陷等因素对网壳稳定性的影响。研究表明:竖向载荷的分布方式对网壳的屈曲载荷影响不大,但对屈曲模态影响较大;满跨水平载荷的屈曲载荷仅为满跨竖向的56%;网壳的屈曲载荷均随结构几何缺陷的增加而减小,且几何缺陷对水平载荷作用下屈曲载荷的影响大于对竖向载荷作用下的影响。     

地震荷载作用下的挡土墙土压力分析

基于平面滑裂假设,采用静力平衡分析的方法,推导了考虑填土黏聚力、填土坡角及黏性土表面开裂等因素的地震土压力计算公式,利用图解法得到了临界破裂角的解析解,并分析了墙背倾角、填土坡角、填土黏聚力、水平地震系数以及填土开裂对地震土压力的影响.研究表明填土坡角和填土间黏聚力对地震土压力影响显著;地震荷载作用下,主动土压力和被动土压力随水平地震系数的递增分别增大与减小;忽略黏性土表面开裂情况会使得到的主动土压力计算结果偏小.     

水平井眼中管柱变形方程的实验仿真

以已有的三维井眼中管柱正弦屈曲和螺旋屈曲行为分析模型软件为基础 ,根据物理相似原理 ,设计了井眼中管柱屈曲变形的小尺寸模拟实验装置 .通过改变管柱变形微分方程中包含的无因次轴力 β、无因交摩擦及数 γ1和无因次轴力分布系数 γ2 的值 ,利用该装置对管柱在水平井中的临界载荷、载荷传递效率、变形效应等进行模拟实验 .试验结果表明 :钻压传递、位移与载荷的实验结果与理论计算值之间的最大差值不超过 1 0 % ,临界屈曲载荷的理论值与实验值之差不超过 6% .本文的结果可为修正理论模型提供指导 ,使理论模型能更好地指导现场的油井管柱施工作业     

单层钢厂房纵向抗震计算理论的探讨

对《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010单层工业钢厂房纵向抗震设计第9.2.8条(附录)与第5.2.6条对比分析,得出在混凝土无檩屋盖单层工业厂房纵向抗震计算理论中,规范对水平地震作用分配方式的规定相互矛盾。建议采用按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配。同时建议规范第9.2.8条引用的9.1.8第一款改为不计及围护墙和隔墙的有效刚度。根据某重屋盖《单层工业厂房设计示例》中纵向抗震部分按照规范规定和建议的理论分别进行了补充计算和对比,发现两种理论计算所得结果相差很大,严重影响安全。     

钢制压力容器非线性稳定分析

为确定短圆筒钢制压力容器的稳定性能和临界荷载,对5米长的钢制压力容器开展了有限元特征值屈曲分析,获得屈曲临界荷载。在此基础上,采用弧长法对压力容器进行了非线性失稳分析,考虑了几何和材料双重非线性的影响,得到了压力容器结构整体稳定的全过程荷载-位移曲线以及单元的应力分布图。应用两倍弹性斜率法和双切线交点法求得临界荷载,与理论计算结果相比稍高,可以看出理论公式计算结果是偏于安全的。最后提出了短圆筒压力容器抗失稳的四点措施。     

双钢管高强混凝土柱抗震性能的试验研究

通过5根双钢管高强混凝土柱承受轴力和低周反复水平荷载作用试验,研究了双钢管高强混凝土柱的抗震性能,讨论了该柱压弯承载力计算公式的适用性.结果表明:双钢管高强混凝土柱具有较高的压弯承载力及优良的抗震性能.     

支柱支撑式锥底罐抗风及抗震稳定性分析

装满储料时锥底罐主要承受轴向荷载,但当内部没有装料、部分装料或者在施工过程中,风压等横向荷载的作用不能忽视。同时,当遭到地震作用时,锥底罐更容易发生失稳破坏,风压和地震导致的锥底罐破坏事故在实际工程中时有发生。为了研究支柱支撑式锥底罐的稳定性,采用理论分析与数值模拟相结合的方法对锥底罐的抗风稳定性、抗倾覆稳定性、失稳稳定性和抗震稳定性进行了细致分析。结果表明:1在风荷载作用下,锥底罐最大应力出现在支柱与补强板接触部位,发生失稳首先出现在上部罐壁靠近罐顶位置处;2地震载荷作用下高应力区主要出现在锥底板、支柱位置和罐顶位置。因此在锥底罐设计与维护过程中,要重点考虑这些部位的强度和稳定性。     

基于弧长法的南瓜型超压气球非线性后屈曲分析

稳定性研究是南瓜型超压气球设计面临的重要课题。针对南瓜球非线性屈曲过程,对含初始缺陷南瓜球的稳定性进行研究。首先,对南瓜球进行特征值屈曲分析,得到前8阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷。然后,基于特征值分析的模态构型给出初始缺陷分布,进一步利用非线性有限元中的弧长法分别计算临界缺陷模态和组合缺陷模态下对应的屈曲临界载荷。结果表明,南瓜球对初始缺陷较敏感,缺陷的幅值和分布形式对承压能力和失稳形态均有影响,承压能力随缺陷幅值增大而降低,说明提高南瓜球稳定性需要提高气球的加工精度。同时,对已失稳南瓜球的应力分布进行分析,发现失稳状态下南瓜球高应力区的应力水平远高于相同载荷下未失稳南瓜球的应力水平。可见,失稳现象极大降低了气球的承压能力。     

轴压功能梯度材料圆柱壳的弹、塑性屈曲分析

功能梯度材料板壳弹性屈曲领域研究已取得许多卓有成效的成果,而弹塑性、塑性屈曲问题的研究却鲜有报道。针对功能梯度材料圆柱壳的弹、塑性屈曲问题,采用有限元软件ABAQUS开展了数值模拟与分析。分析中采用叠层模型,定义材料沿厚度方向的梯度特性,计入材料的物理非线性和前屈曲几何非线性的影响。计算得到弹、塑性功能梯度材料圆柱壳的屈曲临界荷载和变形模式,给出了壳体从弹塑性屈曲到塑性屈曲的转化过程,并对屈曲类型对应的区域进行划分,研究了壳体厚度、组分参数对屈曲临界状态的影响。