柱壳轴向冲击屈曲实验研究及其应力波效应的分析

采用落锤及空气动力枪作为加载装置对铜、铝及钢质圆管进行了轴向冲击实验,得到了丰富的屈曲模态及冲击力时程曲线,并从应力波的角度定性地讨论了材料特性对圆柱壳出现塑性动力屈曲或渐进屈曲的影响,指出了高速撞击不是产生动力塑性屈曲的充要条件,对某些韧性材料撞击速度不很高时也能出现动力塑性屈曲.动力塑性屈曲和动力渐进屈曲形成条件应该是:前者仅仅是在一个持续的轴向塑性流动内能够产生,后者是塑性应变局部化的结果.     

功能梯度圆柱壳的弹塑性屈曲

研究了功能梯度材料(FGM)圆柱壳在轴向均匀压缩载荷作用下的弹塑性屈曲行为.基于线性混合强化弹塑性模型,给出FGM圆柱壳的材料特性表达式和弹塑性本构方程.引入Hamilton原理,将FGM圆柱壳的弹塑性屈曲行为转化为求解辛空间的特征值问题.进一步利用分叉条件计算出正则方程广义特征值对应的屈曲临界载荷,联合屈服条件获得屈曲壳的弹塑性分界面位置.并讨论了材料梯度参数、结构几何参数对弹塑性屈曲临界载荷和弹塑性分界面的影响.     

机械载荷作用下功能梯度梁的过屈曲分析

基于一阶剪切变形梁理论,对轴向载荷作用下的功能梯度梁的过屈曲行为进行了研究.推导出功能梯度梁非线性静态问题的基本方程、并求得梁过屈曲的精确解.该精确解显式地给出了梁的过屈曲变形与外载荷的非线性关系.根据所得结果,考察了外载荷、材料性质、长细比以及不同的边界条件等因素对功能梯度材料梁过屈曲行为的影响.结果表明,梯度材料性质、横向剪切变形以及不同边界条件对功能梯度材料梁的过屈曲特性均有显著影响.     

热荷载下梁基频和热屈曲临界变温优化设计

改变梁截面沿轴线的分布可以改变轴向力,提高梁的基频以及梁热屈曲的临界变温.研究在给定材料体积下,以热荷载作用下梁的基频及屈曲临界变温最大化为目标的优化问题.对两端固支梁截面尺寸优化的研究表明,受热荷载时,采用优化设计可以使频率目标值提高更多;随着热荷载的增大,优化的截面积分布形式与最大化屈曲临界荷载的截面积分布形式更相近;最大化临界变温与最大化轴向力的截面积分布形式非常相似;分析了使轴向力最小的截面积分布,验证了上述现象.     

Timoshenko梁动态后屈曲的数值分析

用数值方法研究了轴向载荷作用下Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁后屈曲行为,重点研究初始几何缺陷对直杆屈曲与后屈曲的影响,有初始几何缺陷的染在应力波作用下的后屈曲响应与弯曲波的相互作用和轴向变形与横向变形的相互耦合问题。     

轴向压力下功能梯度夹层圆柱曲板的屈曲分析

基于Reissner假设,研究了四边简支的功能梯度夹层圆柱曲板在轴向载荷作用下的屈曲问题.首先,根据功能梯度材料的本构方程,得出了芯材和表层的应力、位移及内力表达式;然后,根据曲板的平衡方程和协调方程,引用应力函数,得到了功能梯度夹层圆柱曲板的方程式;最后,将挠度、横向剪力及应力函数用双三角级数展开,给出了功能梯度夹层圆柱曲板轴向屈曲载荷的计算式.在算例中,通过与经典解及有限元解进行比较,证明了本文方法的正确性,并且分析了芯材上下表层弹性模量比及体积分数指数对功能梯度夹层板轴向屈曲载荷的影响.     

冲击载荷下金属薄壁圆柱壳动态响应特性研究

为探讨薄壁结构金属件在冲击载荷作用下的变形模态、受力特征等动态力学响应特性,对3种材料的薄壁圆柱壳体进行了不同速度的落锤冲击实验,获得了相同冲击条件下不同材料圆柱壳体的变形模态、吸能方式和轴向缩短率,以及冲击速度和径厚比对圆柱壳体吸能和轴向缩短率的影响规律. 研究结果表明:薄壁圆柱壳的轴向缩短率随着冲击速度增加而增加,由于应变率效应吸能能力也随着冲击速度增加而增加;薄壁圆柱壳体的轴向缩短率随着径厚比的增加而增加;动态冲击条件下的平均后屈曲载荷远大于准静态条件下的理论载荷,除了与圆筒直径、厚度以及材料特性相关外,还与冲击速度相关;通过非轴对称屈曲折皱变形来抗冲击A6060铝合金适合用于薄壁结构件.      

U型波纹管稳定性非线性有限元分析

该文提出了利用有限元法 ,在考虑几何非线性 ,材料非线性情况下 ,对承受有轴向、横向、转角位移载荷和内压载荷的波纹管进行非线性静力分析 ,描述屈曲前的平衡路径、最终确定屈曲临界载荷 ,比较精确地反映了其力学性能 ,为波纹管的稳定性研究与设计提供了有效手段。     

刚性快轴向冲击圆柱壳动力屈曲的计算机模拟

用ANSYS/LS—DYNA对轴向冲击的薄壁圆柱壳的动力屈曲进行了计算机模拟。模拟中考虑了大变形效应。模拟结果表明:径厚比、约束条件、冲击速度、材料参数等对柱壳的对称和非对称动力屈曲有明显的影响。当圆柱壳一端自由一端固定时,径厚比R/h≤26,柱壳发生轴对称屈曲;反之,发生非轴对称屈曲。当圆柱壳一端夹支一端固定时,轴对称屈曲的范围增大,其径厚比R/h≤31,发生轴对称屈曲。当径厚比、约束条件、材料参数等不变时,随着冲击速度的增大,屈曲由轴对称变为非轴对称。在相同条件下,柱壳高度在一定范围内时,轴对称屈曲的范围随着圆柱壳高度的增加而变大。材料的塑性强化模量?屈服应力等对薄壁圆柱壳的动力屈曲也有明显的影响。     

静水压荷载下功能梯度圆环的弹性屈曲

管道屈曲问题中,结构通常被考虑为平面应力圆环,但若存在轴向位移约束,其状态更接近平面应变圆环的状态.文中从理论上研究静水压作用下平面应力和平面应变功能梯度材料圆环的弹性屈曲问题.假定材料沿厚度方向弹性物性按照幂律分布连续变化,结合一阶剪切变形理论和Kárman几何关系,应用虚位移原理,导出结构的基本平衡方程;采用本征值方法得到了屈曲控制方程和结构屈曲临界荷载的解析解.通过算例比较了平面应力和平面应变状态下结构理论屈曲性能,同时考察了结构径厚比和材料组分参数的影响.结果表明:平面应变功能梯度材料圆环屈曲临界荷载略高于平面应力的结果;当材料组分参数介于0.1至10区间内时,两种圆环的屈曲临界荷载均下降得较为明显.     

反对称正交铺层剪切圆柱壳在轴压下的屈曲分析

给出了反对称正交铺层剪切圆柱壳广义 Donnell大挠度方程 ,运用位移型摄动技术构造了圆柱壳在均匀轴压下的屈曲全局渐近级数解 ;运用奇异摄动技术分析了圆柱壳端部边界层方程和奇异摄动解 ,对计及横向剪切复合材料圆柱壳或部分圆柱壳的非线性弯曲或屈曲进行了精确分析 .同时 ,结合典型算例讨论了横向剪切变形、Batdorf数、径厚比、长径比、铺层数和弹性模量比对圆柱壳屈曲性态的影响 .结果表明 ,本文方法能有效地预测剪切圆柱壳的屈曲性态     

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.     

圆柱壳在轴压冲击载荷下的非对称屈曲分析

研究了轴向时变冲击载荷作用下的圆柱壳非轴对称弹塑性动力屈曲问题．采用Ｋａｒｍａｎ－Ｄｏｎｎｅｌ运动方程,本构关系采用增量理论,借助增量数值计算方法求解运动方程．计算表明：初始屈曲发生时,圆柱壳的变形模态呈轴对称性形式,而屈曲发生到一定程度时,圆柱壳就会发生非对称性的变形,而且变形相当明显．     

复合材料圆柱壳的轴向非对称冲击动力屈曲

由Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理导出色含初始几何缺陷的复合材料圆柱壳的非线性动力方程;Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法得到以位移形式表达的动力屈曲控制方程,通过有限差分方法求解,并由类似Ｂ－Ｒ准则方法判断动力屈曲是否发生,讨论了冲击速度、初始几何缺陷等因素对动力屈曲可能产生的影响,结果表明,冲击速度较高时,应力波对动力屈曲的特征有显著影响,初始几何缺陷使得动力屈曲更易发生。     

静力预加载结构弹塑性冲击屈曲的模型分析

为了研究静力预加载荷对诸如柱、圆柱壳等结构动态稳定性的影响,采用了一种简单的缺陷敏感弹塑性模型．该模型考虑了轴向和横向惯性的影响,着重探讨了载荷参数对结构动力屈曲的影响．     

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。     

纤维缠绕圆柱壳轴对称分叉屈曲

讨论了多层复合材料圆柱壳在轴向压缩载荷的条件下的对称分叉屈曲。基于Ｄｏｎｎｅｌｌ方程，将位移法与复数解法推广应用于纤维缠绕圆柱壳的稳定性问题。提出了壳体在轴向压缩下的轴对称屈曲模态以及临界载荷的算法，特别着重考虑了各类边界条件与耦合效应。其理论和结果可直接应用于固体火箭发动机壳体的结构设计。     

芯材增强对夹层圆柱壳屈曲性能的影响

应用有限元软件ANSYS,将表层和芯层的增强材料与芯材分开,采用8节点SOLID45实体单元,对增强型夹层圆柱壳建立物理模型,计算结构弹性屈曲的临界载荷。分析树脂量对提高点阵式及齿槽式增强圆柱壳轴向稳定性的作用,考察树脂材性、尺寸及分布等参数对屈曲载荷的影响,并将2种增强方式进行对比。结果显示:树脂柱以及树脂齿槽均可提高圆柱壳的抗屈曲性能,其中树脂材性对圆柱壳屈曲载荷的影响有限,而树脂柱和齿槽的疏密程度对圆柱壳的轴向承载能力有着明显的改进作用。总体上,齿槽式的增强效果比点阵式增强效果要好。     

Plastic Buckling of Cylindrical Shells Under Transverse Loading

Thick cylindrical shells under transverse loading exhibit an elephant foot buckling mode, whereas moderately thick cylindrical shells show a diamond buckling mode. There exists some intermediate geometry at which the transition between buckling modes can take place, This behavior is significantly influenced by the radius-to-thickness ratio and the material yield strength, rather than the length-to-radius ratio and the axial force. This paper presents a critical value at which the transition of buckling modes occurs as a function of the radius-to-thickness ratio and the material yield strength. The result shows that the circumferential wave number of the diamond buckling mode increases with decreasing wall thickness. The strain concentration is also intensified for the diamond buckling modes compared with the elephant foot buckling modes.