功能梯度多层石墨烯增强纳米复合材料圆弧拱的参数失稳分析

针对功能梯度多层石墨烯增强纳米复合材料(functionally graded multilayer graphene nanoplatelets reinforced composite,FG-GPLRC)圆弧拱的参数失稳问题,基于Halpin-Tsai的复合材料微观力学模型和有限单元法理论建立了FG-GPLRC圆弧拱在拱顶作用周期荷载的运动控制方程,并转化为含阻尼项的Mathieu-Hill方程。利用Bolotin方法求解Mathieu-Hill方程获得FG-GPLRC圆弧拱的主动力不稳定区域,并分别研究了石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GPLs)的分布类型、质量分数、几何形状对FG-GPLRC圆弧拱动力不稳定性的影响。数值结果表明,GPLs沿拱截面厚度方向的顶层和底层分布较多时能够明显减小FG-GPLRC圆弧拱的面内不稳定区域,提高其结构稳定性。当GPL的高宽比大于4和宽厚比大于103时,GPL的几何形状对FG-GPLRC圆弧拱的动力稳定性影响不再明显,且随着结构阻尼系数的增大,FG-GPLRC圆弧拱发生参数失稳的临界荷载也增大,从而降低了结构发生动力失稳的概率。     

圆弧浅拱面外动力稳定性实验研究

对称作用于拱结构的周期性荷载,一般来说,只引起拱面内的对称振动,然而在一定的条件下可能引起很大振幅的面内反对称振动以及面外对称振动,这是拱结构由于参数共振引起的动力失稳问题。本文针对圆弧浅拱平面外动力稳定问题,基于激振实验,利用APS系列激振器模拟拱顶单点简谐激励,采用BK测振系统测定圆弧拱横向振动响应,测得结构自振模态与阻尼比,通过往返不断扫频方式获得动力不稳定域边界,并与理论结果进行了对比分析,探究了其在周期集中荷载作用下的动力侧倾失稳机理,研究结果表明:当外部激励荷载频率约为结构2倍自振频率时,结构出现激烈的横向参数共振,并且只有外激励幅值大于临界激发力时才会发生参数共振,而阻尼条件的存在影响着临界激发力的大小,外激励幅值越大,参数共振现象越容易发生,该文验证了圆弧浅拱面外动力不稳定域计算结果的准确性,研究成果为拱结构的动力稳定设计提供了一定的参考价值。     

非落地钢管桁架拱结构稳定性能

由于使用空间的需要,钢管桁架拱多为非落地拱,支承于桁架柱或其他结构上.桁架柱或其他结构的刚度的变化,会直接影响钢管桁架拱的稳定性能.本文在考虑刚度等效原则的基础上,根据线弹性稳定理论,推导出非落地钢管桁架拱结构面内、外临界荷载表达式.根据面外失稳临界荷载值不小于面内失稳临界荷载值的原则,沿圆弧拱侧向等距离布置侧向支撑,以防止其发生面外失稳,进而确定出侧向支撑的布置数目.分析得出圆弧拱的半径对侧向支撑的数目没有影响;随着桁架拱的开角(矢跨比)、桁架拱截面高度的增大,侧向支撑的数目增多;随着桁架拱截面宽度的增大,侧向支撑的数目减少.最后得出侧向支撑数目与无量纲参数f/L、h/b的关系表达式.     

单轴对称截面圆弧拱在局部区域径向均布荷载下的弯扭失稳

为了探究单轴对称截面圆弧拱的弯扭失稳行为,研究了局部区域径向均布荷载作用下单轴对称工字形截面两端铰接圆弧拱的弯扭失稳问题,考虑了剪切变形的影响,推导了失稳前拱的弯矩,轴力和剪力表达式。根据势能驻值原理和Rayleigh-Ritz法,得到了单轴对称截面圆弧拱弯扭失稳临界荷载理论解,并将其和有限元结果进行了对比。结果表明:当截面的较宽翼缘位于拱的顶部时,拱的弯扭失稳临界荷载值会增大;考虑剪切变形影响的浅拱的弯扭失稳临界荷载小于不考虑剪切变形的临界荷载;局部参数对拱的弯扭失稳临界荷载影响明显,弯扭失稳临界荷载随着局部参数的增大而减小。     

周期荷载作用下几何缺陷拱的动力稳定性

分析了周期荷载作用下几何缺陷对拱的动力性能的影响.首先将结构有限元节点坐标偏差视为随机变量,通过建立拱的条件相关矩阵,分解得出几何缺陷的分布方式及缺陷幅值标准差.在考虑动力荷载作用下结构的稳定性能时,由Lyapunov稳定性原理出发,推导出了反应结构长期动力性能的运动稳定方程,基于此方程求解Lyapunov指数.对比分析了几何缺陷拱与完善拱的动力稳定性能,研究了周期荷载作用的频率与几何缺陷的大小对拱动力稳定性能的影响.结果表明与静力屈曲模态相似的几何缺陷分布方式对拱的动力稳定性影响最大;同时存在使拱发生动力失稳的激励频率区域.     

钢管混凝土圆弧拱平面内非线性稳定承载力

采用考虑屈曲前变形的弹性稳定公式,基于统一理论的钢管混凝土截面抗压承载力计算方法,研究了均布径向荷载作用下钢管混凝土圆弧拱的平面内非线性稳定承载力,并在分析中考虑了几何非线性、材料非线性和拱肋初始缺陷的影响.通过对比有限元结果和各国典型设计规范提供的稳定系数公式,提出了适合钢管混凝土圆弧拱的平面内非线性稳定系数,为钢管混凝土拱桥的设计提供依据.     

DWX型单体液压支柱动力稳定性分析

在介绍DWX型单体液压支柱的结构和工作原理的基础上提出了该支柱的动力学模型,利用Lagrange方程建立了支柱的振动方程即带周期系数的Mathieu方程,并根据Bolotin方法确定了支柱的动力不稳定区域。讨论了相关参数对支柱动力不稳定性的影响。     

振动对拱桥短吊杆截面应力分布的影响

研究了桥面振动对拱桥短吊杆截面应力不均匀分布规律的影响.假定短吊杆两端与拱肋及桥面均为固结,通过对桥面竖向及纵向振动作用下吊杆截面应力的理论推导及参数分析,探讨车速、车辆振动频率、修正的驱动频率等主要参数对吊杆截面应力的影响,概括出桥面振动荷载作用下吊杆不均匀应力分布情况及应力动态增大系数的范围.     

矩形截面裸拱线弹性稳定的临界荷载计算

在文「１」建立的用于钢管混凝土柱稳定分析的有限元列式的基础上,结合拱的受力特征,给出分析裸拱线弹性稳定问题的有限元方程,计算出静水压力下矩形截面圆弧拱线弹性稳定的各阶失隐模态及相应临界荷载。     

基于二次特征值法的矩形薄板的动力稳定性研究

基于Von-Karman薄板大挠度理论,利用Galerkin法得到面内周期荷载作用下四边简支矩形薄板的二阶常微Mathieu-Hill型参数振动方程;运用二次特征值法分别求出矩形薄板线性参数振动方程周期为2T和T时的主要与次要动力不稳定域,并用有限元数值分析方法验证了二次特征值法的精确性,同时定性地分析了主要参数共振下非线性弹性对系统定态振幅的影响。分析结果表明:1当激发力频率近薄板两倍自振频率时,薄板发生强烈的横向参数共振;2二次特征值法可精确计算矩形薄板发生动力不稳定时对应的频率和激发系数;3随着薄板振幅的增长,非线性的存在抑制了定态振动幅值的无限增长,牵引系统向大频率方向振动,导致振幅稳定增加或迅速增大的复杂振动状态。