非线性铁磁简支梁式板磁弹塑性力学行为分析

基于铁磁介质广义变分原理得到磁力计算公式和磁力耦合的非线性数值计算程序，首次对不可移简支铁磁梁式板磁弹塑性的屈曲、后屈曲、弯曲等力学行为进行分析，在考虑几何非线性情形下，探讨了铁磁简支梁式板的磁弹塑性弯曲、屈曲和后屈曲，跳跃失稳等力学现象，给出了铁磁梁式板在外加磁场的各种初始角度下进入塑性屈服阶段的临界特征曲线．数值结果表明铁磁梁式板屈曲的临界磁场值对塑性变形是敏感的．     

不可移简支几何非线性铁磁梁式板的磁弹性屈曲与后屈曲分析

采用基于薄板挠曲变形的广义变分原理导出的磁力计算公式和运用电磁弹性耦合的非线性数值计算程序,定量分析了不可移简支几何非线性铁磁梁式板的屈曲与后屈曲路径,给出了非线性静态解的分叉图象．然后对于在斜磁场作用下这一铁磁板的磁弹性弯曲与失稳情形,得到了梁由两个半波的挠曲构形演变为单半波挠曲构形的跳跃失稳临界磁场与失稳后的路径等;并且随着倾斜磁场的倾角增大,简支梁式板磁弹性的临界磁场值随之增加．这一结果表明简支梁式板的磁弹性系统对安装偏差之类的缺陷是不敏感的．     

考虑端部效应的铁磁梁式板磁力摄动分析

基于磁场摄动技术和广义变分原理得到的磁力公式,对铁磁梁式板在斜磁场作用下的磁场和磁力摄动展开研究,给出了斜磁场作用下铁磁梁式板结构的摄动磁场及其磁力摄动表达式,使得解析分析斜磁场作用下铁磁梁式板磁弹性耦合问题成为可能。研究表明:只有考虑了磁场端部效应的斜磁场磁力摄动公式才能模拟铁磁结构的弯曲模式且能够定性揭示铁磁简支梁式板弯曲构形为双半波形。     

铁磁梁式板磁热弹性屈曲分析

利用铁磁介质体的磁热弹性广义变分原理和模型,以及磁弹性线性化方法和摄动技术,对铁磁梁式薄板在磁场、温度场共同作用下的多场耦合的力学行为进行了研究,解析地分析了铁磁梁式板的磁热弹性屈曲失稳,并给出了铁磁梁式板随外加磁场、温度场变化下的多场耦合稳定性特征.     

采用磁致伸缩材料模型进行磁弹性屈曲的数值模拟

基于磁致伸缩材料模型,在不考虑体积伸缩的条件下,利用FEMLAB多物理场耦合软件,对悬臂铁磁板在横向磁场中的磁弹性屈曲问题进行了数值模拟,并将模拟得到的临界屈服磁感应强度与前人的实验结果进行了对比,得到了较好的一致性。数值模拟结果显示,随着铁磁板长厚比的增大,板屈曲失稳的临界屈服磁感应强度减小;采用的磁致应变系数越大,所得到的临界屈服磁感应强度越小;当磁致应变系数为1.3×10-4T-1时,计算结果与实验值吻合最好。数值分析结果表明,利用磁致伸缩材料模型来解释悬臂铁磁板在横向磁场中的磁弹性屈曲问题是合理的。     

风载引起斜拉桥的非线性横向扭转屈曲

用有限单元法计算大跨度斜拉桥在与位移相关风载作用下非线性横向扭转失稳的临界风速。提出了考虑三个风载分力及几何非线性影响时，计算风载引起的横向扭转屈曲的分析模型。将特征值分析与改进的风速限值算法联合用于自动计算临界风速。结果表明：与一般非线性扭转分支及线性横向扭转屈曲相比，考虑与位移相关的三个风载分力及几何非线性影响的横向扭转失稳分析模型，将导致临界风速的显著减小。     

求解桁架临界载荷的新方法

以往求桁架结构临界载荷归结为求桁架总刚度阵的特征值，而总刚度阵中的与轴力有关的几何刚度阵，则是从各杆件始终处于直线状态，并在轴向变形中考虑横向变位影响而导出的；这样就必然导致当整体失稳时各杆件都不会发生欧拉屈曲的结果，这是不合理的．作者认为桁架失稳有可能是由杆件的局部欧拉屈曲导致成机构所造成的．由此提出一种计算桁架临界载荷的新方法，算了若干例题，并和过去的一般方法作了比较．有的两者计算结果之差竟达１８．５４倍，这就说明本方法具有理论和实际意义．     

初始缺陷圆弧拱面内非线性失稳实验研究

针对几何缺陷圆弧拱的面内非线性弹性失稳,利用自行设计的位移加载装置进行了实验研究,实时测量了圆弧拱在加载全过程的力-位移曲线,并跟踪了圆弧拱的实时变形情况和失稳模态,获得了圆弧拱的失稳平衡路径、缺陷圆弧拱的失稳上极值点和下极值点。将实验结果与理想状态拱的有限元数值计算结果进行了比较,揭示了圆弧拱矢跨比、初始几何缺陷对拱失稳极值点和失稳模态的影响。研究表明:1)初始几何缺陷影响了拱的荷载位移曲线,使得上极值点和下极值点偏离了理想曲线;2)初始几何缺陷使得圆弧拱在不稳定平衡路径中呈现出反对称变形趋势;3)随着矢跨比的增加,圆弧拱的前屈曲失稳临界荷载逐渐增大,结构的承载能力随之提高;4)初始几何缺陷对拱的前屈曲失稳模态的影响较后屈曲失稳模态大。     

复合材料层合厚板后屈曲

基于Ｒｅｄｄｙ高阶剪切变形板理论,给出复合材料层合厚板在单向压缩作用下的后屈曲分析．分析中应用了由该理论导出的广义大挠度Ｋａｒｍａｎ型方程,考虑两种面内边界条件并计及板的初始几何缺陷．采用摄动法确定板的屈曲载荷和后屈曲平衡路径,给出四边简支反对称角铺设和对称正交铺设层合板的数值结果,同时讨论了横向剪切变形、长宽比、铺层数、面内边界条件和初始几何缺陷等各种参数变化的影响．     

对称正交铺层剪切圆柱壳在外压作用下的屈曲和后屈曲

给出了对称正交铺层剪切圆柱壳广义大挠度Ｄｏｎｎｅｌ方程．采用位移型摄动技术构造出计及横向剪切圆柱壳的屈曲和后屈曲渐近级数解,运用奇异摄动技术研究了圆柱壳两端部狭窄区内的边界层效应,并构造了与边界条件匹配的边界层一致有效渐近解．应用获得的当前解计算了在侧向外压作用下三层正交铺设圆柱壳的屈曲载荷并与实验值作了比较,两者十分接近．讨论了Ｂａｔｄｏｒｆ数和初始几何缺陷对圆柱壳屈曲与后屈曲性态的影响．给出的载荷－挠度关系式表明,对称正交铺层剪切圆柱壳的初始后屈曲具有弱稳定分支点．     

非圆Tokamak载流线圈的磁弹性分析

基于曲梁理论和Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ定律描述超导载流线圈全部形变的理论模型,采用边值问题的齐次生分方程封闭形式解析通解和非齐次微分方程数值特解相叠加的半解析半数值方法,对非圆Ｄ型Ｔｏｋａｍａｋ载流线圈弯曲,失稳的磁弹性相互作用进行了研究;并且就线圈初始扰动位移时失稳临界电流的影响也进行了定量分析。数值模拟结果表明：线圈失稳的临界电流随线圈曲率半径的增大而增大,随线圈非完全对称排列这一初始缺陷的增大     

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。     

空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验

空间薄壁CFRP豆荚杆工作时处于悬臂状态,为掌握其悬臂受力性能,分别以截面2个对称轴为中性轴对豆荚杆悬臂梁进行末端加载试验,得到了屈曲荷载及屈曲特性.利用ABAQUS进行线性特征值屈曲分析,并引入特征值屈曲模态作为初始几何缺陷进行非线性屈曲模拟,得到豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷及非线性屈曲特性.与试验结果进行对比分析表明:初始几何缺陷对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷影响显著,给理想豆荚杆植入适当的初始几何缺陷可有效模拟实际豆荚杆屈曲.基于试验和模拟分析,进一步对豆荚杆壁厚、铺层和杆件长细比进行参数分析,得到各参数对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷的影响,对悬臂薄壁CFRP豆荚杆的设计和应用具有重要参考价值.     

体外预应力钢－混凝土组合梁在负弯矩作用下的稳定系数研究

摘要：对组合梁施加体外预应力,可有效提高截面的开裂弯矩。负弯矩作用下体外预应力组合梁的极限承载力受失稳控制,其侧扭失稳表现为与纯钢梁不同的畸变失稳模式。本文考虑钢梁初始几何缺陷影响和残余应力影响,对体外预应力组合梁进行了有限元非线性稳定分析,计算结果与试验实测值吻合。通过改变截面参数,对25组组合梁在初始几何缺陷、不同残余应力分布和不同综合力比下的承载力进行计算,给出了预应力组合梁的长细比计算公式,与我国现行钢结构规范钢柱稳定曲线进行了比较。研究表明：承受负弯矩作用的体外预应力组合梁可用文中提出的长细比做参数采用钢柱稳定曲线进行计算。     

初始几何不平度对板的振动频率的影响

以航空等工业领域用板因制造因素所造成的初始横向小变形为背景，抽象出了初始几何不平整矩形正交各向异性板的力学模型。从理论和实验的角度研究了在四边均为简支时正交各向异性弹性薄板因初始不平整度对振动频率造成的影响。     

圆柱壳在水下冲击载荷下的塑性动力屈曲分析

研究置于不同压缩，理想流体液面上无限圆柱过在受水下冲击载荷作用下的生动力工问题，根据流回固耦合条件，导出了圆环大挠度应力屈曲控制方程，并由广义Ｌａｇｒａｎｇｅ方程得到在液流场作用下的大挠度基本内凹动方程，采用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法求解方程，按Ｌｉｎｄｂｅｒｇ初缺陷大准则进行模态分析，最后得到主屈曲模态数和临界冲击速度。