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。     

侧压下含缺陷功能梯度材料圆柱壳的屈曲

本文采用圆柱壳Donnell方程和前屈曲一致理论,研究了侧压作用下含缺陷功能梯度材料圆柱壳的屈曲问题,计及前屈曲效应和材料物性温度相关性的影响,结合伽辽金原理,给出了功能梯度材料圆柱壳的临界屈曲条件。数值结果考虑了缺陷、组分参数、温度和壳体尺寸对屈曲的影响。     

静水压力下功能梯度圆柱壳振动响应研究

基于功能梯度材料和均匀材料的物理性质和力学行为相似性,利用经典Flügge壳体理论,建立了静水压力下功能梯度材料(FGM)圆柱壳固有频率解与均匀材料圆柱壳解之间的解析转换关系,实现了FGM圆柱壳力学行为均匀化转换计算。考虑流体影响,采用波动法推导水下FGM圆柱壳耦合系统的振动方程,将数值算例与已有文献结果进行比较,证明了本文方法的正确性与准确性。讨论了FGM圆柱壳的材料组分、尺寸参数和不同边界条件对静水压力下固有频率的影响,并对计算效率进行了分析。本文研究与已有计算方法比较,在保证计算精度基础上,省略了偏微分及复杂边界条件计算,应用的便利性与计算效率有很大提高。     

温度梯度下功能梯度材料圆柱壳的热屈曲

本文采用能量法研究了不同温度梯度下功能梯度材料圆柱壳的热屈曲行为。屈曲临界条件由里兹法得到。在临界条件中,由于材料属性和温度的耦合效应,临界温升通过迭代算法求得。文中讨论了两种温度梯度形式以及物性温度相关性对临界温升的影响。数值结果表明：功能梯度材料的组分参数只在一定小范围内对临界温升有显著影响;相比之下,结构尺寸参数的影响更大;在功能梯度材料圆柱壳热屈曲分析中考虑物性温度相关性是十分必要的,否则将大大地高估临界温升;若采用抛物型温度场来代替实际的热传导温度场,临界温升在陶瓷含量较多且壳厚较小的情况下,将可能被低估,而在金属含量较多且壳厚较大的情况下,却可能被高估。     

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.     

石墨烯片增强纳米复合材料微米圆柱壳的振动和稳定性

基于一阶剪切变形壳理论和应变梯度弹性理论,研究石墨烯片增强纳米复合材料（graphene platelets-reinforced nanocomposite,GPLRNC）微米圆柱壳的稳定性和自由振动。首先,通过Hamilton变分原理得到系统模型的控制微分方程。其次,利用Navier法获得GPLRNC微米壳的固有频率和临界屈曲载荷的解析解。结果表明,石墨烯片的充填质量和分布模式影响微米壳的稳定性和振动特性。当壳体内部石墨烯片的质量分数给定时,微米壳在石墨烯片的O-GPLRNC分布下具有最高的固有频率和临界屈曲载荷,在X-GPLRNC分布下则反之。此外,材料长度尺度参数、石墨烯片几何尺寸和微米壳几何尺寸对GPLRNC微米圆柱壳的稳定性和自由振动具有重要影响。     

充满液体的薄壁圆柱壳在轴压作用下的弹塑性屈曲分析

对充满液体的薄壁圆柱壳经受轴向压缩时的屈曲载荷和屈曲模态进行了弹塑性屈曲分析。根据香利不卸载假定,推导了柱壳经受轴压和壳内液体的压力联合作用时弹塑性稳定方程,通过求解此方程得了充满液体的封闭圆壳发生轴对称屈曲时的临界载荷和屈曲波纹数。理论计算与实验结果具有较好的一致性。     

正交层合壳屈曲问题中相似性的探讨

给出圆柱薄层壳屈曲的临界载荷,编制了计算程序;探讨了正交铺层的复合材料层合壳在屈曲问题中的某些相似特征,根据模型和原型间在几何上或材料上的相似比,预测出原型的屈曲临界载荷,为复杂结构的参数化设计及研究奠定了基础。     

偏心肋骨刚度对环肋功能梯度圆柱壳稳定性的影响

基于唐奈(Donnell)薄壳理论,考虑肋骨偏心影响,采用能量法推导静水压力下环肋功能梯度圆柱壳稳定性特征方程,并利用MATLAB软件求解特征方程,得到静水压力下环肋圆柱壳的屈曲临界载荷。通过与已有文献的对比分析,验证了本文计算方法的正确性。算例分析了静水压力下,考虑肋骨偏心的环肋功能梯度圆柱壳在不同周向波数、幂率指数、壳体长径比、肋骨型号和肋骨间距与半径比等情况下,屈曲临界载荷的变化规律。研究结果表明:圆柱壳屈曲临界载荷随着肋骨间距与半径比增大而减小,随肋骨刚度的增大而增大;肋骨刚度越大,肋骨偏心对圆柱壳稳定性的影响越显著。     

几何约束下圆柱壳的屈曲优化设计

利用能量原理分析受均布法向荷载作用的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，在满足强度约束和圆柱壳体积保持常数条件下、将圆柱壳的最大屈曲荷载设计转化为极大化最小特征值问题。     

FGM梁稳定性分析的DQ法

用DQ方法研究热荷载作用下功能梯度梁的稳定性问题.基于三阶剪切变形理论,采用能量原理推导梁屈曲问题的基本方程,采用DQ方法对所得基本方程和边界条件进行离散处理.数值求解固支边界条件下功能梯度梁的临界屈曲热载荷,并得到临界屈曲热载荷随梯度参数的变化曲线.三阶理论的方程很容易退化为一阶理论和经典理论下相应的方程.结果表明:...     

Winkler-Pasternak地基上四边受压FGM矩形板的自由振动与屈曲特性

基于经典薄板理论,利用广义Hamilton原理推导相应的控制微分方程并对方程进行无量纲化;采用微分变换法(DTM)计算不同边界条件下方程的前三阶无量纲固有频率和屈曲载荷,并将方程的求解退化为无地基功能梯度板和有地基普通材料板两种情形,将其DTM解与已有文献的解进行对比,结果一致,表明DTM的适用性和精确性;分析了边界条件、梯度指数、地基弹性刚度系数、地基剪切刚度系数、长宽比等因素对FGM矩形板无量纲固有频率以及临界屈曲载荷的影响.结果表明:在几种边界条件下,边界约束越强,无量纲固有频率越大;地基弹性刚度系数、地基剪切刚度系数、长宽比的增大也会导致无量纲固有频率增大;面内压载荷的增大会导致无量纲固有频率减小;长宽比越大,临界屈曲载荷越小;梯度指数越大临界屈曲载荷越小.     

阶跃载荷下功能梯度材料圆柱壳的非线性动力稳定性

本文研究了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。非线性动力平衡方程由能量法推导,并采用变步长四阶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：在阶跃载荷作用下,存在一结构变形的占优模态使得结构响应最早发生,且其幅值也最大。阶跃轴压和侧压载荷下结构的非线性动力屈曲载荷与其相应的线性静力屈曲载荷十分接近。在阶跃轴压载荷情况下,动力载荷可能激发比静力载荷更高阶的屈曲模态。此外,文中还讨论材料组分与多种热环境对动力屈曲的影响。     

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.     

地基上复合材料叠层梁的稳定性

利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理导出了复合材料叠层梁稳定性问题的控制方程和边界条件，并由此进一步导出了Ｗｉｎｋｌｅｒ－Ｐａｓｔｅｒｎａｋ地基上叠层梁稳定性问题的控制方程，其次，在不同的边界条件下，利用此控制方程获得了相应的屈曲载荷方程，并进行了具体的数值计算，同时讨论和分析了地基参数对屈曲载荷的影响，得到了一些很有价值的结论。     

功能梯度材料板断裂分析

为深入理解功能梯度材料的断裂行为,研究了机械载荷下任意机械属性功能梯度材料板裂纹尖端特性,根据叠加方法,把应力场转化为裂纹表面载荷,采用基于非均匀单元的有限元方法计算并分析了机械载荷下功能梯度板裂纹尖端特性,针对含有中心裂纹功能梯度材料板,考察了应力强度因子的变化规律.研究结果表明,功能梯度材料结构的几何参数及材料属性对裂纹尖端无量纲应力强度因子的变化规律具有显著影响.     

功能梯度材料圆(环)板的屈曲分析

基于经典板理论,推导了功能梯度材料圆形板在边界面内均布压力作用下的轴对称屈曲方程.假设功能梯度材料性质沿板厚度方向按成分含量百分比的幂指数形式连续变化,用打靶法求解所得方程,得到了功能梯度材料圆(环)板的临界屈曲载荷,并分析了材料的梯度性质、内外半径比以及边界条件对板临界载荷的影响.     

考虑横向剪切的对称层合圆柱正交异性中心开孔扁球壳的非线性屈曲

应用修正迭代法，求解了考虑横向剪切的对称层合圆柱正交异性中心开孔扁球壳在均布压力作用下的非线性轴对称屈曲问题，获得了临界荷载的解析公式。最后，以实例讨论了横向剪切变形和开孔大小对临界荷载的影响。