外压薄壁圆筒的局部刚性夹持结构及应用

低温液体运输半挂车的内容器通常在内压下工作;但对内容器焊缝进行氦检漏时需要抽真空。内容器内部虽设有安装防波板的支撑圈等类似加强结构;但通常并不能满足稳定性要求。为此使用一种临时性局部刚性夹持结构用来提高内容器的抗失稳能力。以"露露"易拉罐作为外压薄壁圆筒试件进行外压试验及有限元计算进行验证。结果表明,局部刚性夹持结构对试件的抗失稳能力有明显的加强作用。对DC18型低温液体运输半挂车内容器进行有限元分析,确定了刚性夹持结构的尺寸、数量以及夹持位置,以满足低温液体运输半挂车内容器氦检漏时的稳定性要求。     

轴压作用下薄壁方钢管局部屈曲失稳的有限元分析

通过有限元模拟分析了轴压作用下薄壁方钢管的局部屈曲失稳形式．通过对一系列不同高宽比的方钢管模型的屈曲模态分析,研究了薄壁方钢管在轴压作用下发生局部屈曲失稳的规律．通过有限元模型分析,发现在轴向压力作用下,方钢管发生局部失稳破坏时,其临界荷载的大小主要受方钢管的宽厚比影响,而其高宽比对临界荷载的影响可以忽略不计．轴压作用下方钢管发生屈曲破坏时的屈曲系数非常接近于4,与四边简支的薄板在轴压作用下失稳的屈曲系数相同．这一结论对于薄壁方钢管在轴压作用下的屈曲分析具有参考价值．     

复合材料加筋壁板轴压屈曲稳定性研究

为研究复合材料加筋薄壁结构在轴向压缩载荷下的稳定性能,应用有限元软件MSC.PATRAN／NASTRAN对该型结构建模并进行屈曲计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷和屈曲模态;通过对复合材料加筋壁板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷进行了研究,试验所得局部屈曲载荷与计算结果较吻合,说明建模方法的合理性。试验分析表明复合材料加筋壁板具有较强的后屈曲承载能力,可以用有限元模拟方法来对该型结构的稳定性能进行分析。     

碳纤维布加固钢管轴压短柱有限元分析

以碳纤维布加固圆形钢管短柱轴压试验为依托,综合考虑纤维布的力学性能,提出一种新的轴压CFRP钢管的数值模拟方法。对纤维束沿环向和双向粘贴的加固试件进行有限元模拟,进而针对试验及有限元结果,对CFRP钢管的加固机理进行力学分析。结果表明,环向纤维通过拉力提供环向约束以限制钢管屈曲变形的发展;轴向纤维在加载之初为受压状态,并可承担部分压力,随着屈曲变形发展,部分轴向纤维转变为受拉状态,进而对试件变形起到限制作用,提高了构件的延性。     

加劲对冷弯薄壁卷边槽钢局部和畸变耦合屈曲作用

为了研究加劲形式和尺寸对冷弯薄壁卷边槽钢局部和畸变耦合屈曲的作用,采用无劲截面、腹板加劲、翼缘加劲、腹板和翼缘均加劲4种截面形式的冷弯薄壁卷边槽钢柱,开展轴心受压试验研究.结果表明:相对于无加劲试件,加劲后试件的屈曲荷载均有所提升,其中腹板加劲及腹板和翼缘均加劲后抗局部屈曲效果明显,压杆的失效形式从局部屈曲向局部和畸变耦合屈曲以及畸变屈曲模式转变.进一步采用有限元方法分析了加劲尺寸对屈曲性能的影响.计算结果表明,腹板加劲深度与翼缘宽度之比约为0.12,加劲宽度与腹板高度之比约为0.2时,薄壁卷边槽钢的屈曲承载力提升幅度最大,且主要发生畸变屈曲.     

截面尺寸对薄壁压杆双重非线性稳定的影响

在荷载作用下薄壁压杆破坏的主要形式是屈曲失稳。考虑材料和几何双重非线性影响,基于有限元分析软件AN-SYS对薄壁压杆进行了稳定数值仿真分析。采用正交试验设计方法设计试验,研究工字型截面尺寸效应对结构稳定承载力的影响,通过方差分析确定各影响因素的比例。结果表明:翼缘宽度对稳定极限载荷的影响最大,翼缘厚度次之,而腹板高度和腹板厚度对稳定极限载荷影响最小不显著。     

大型储罐外压稳定性

应用ANSYS有限元软件对某大型外压储罐进行屈曲分析,得到非线性屈曲分析的临界失稳外压只有特征值(或线性)屈曲分析结果的70%～80%,说明了线性屈曲分析不能用于工程实际.同时,研究了初始缺陷对非线性屈曲分析临界失稳外压的影响,发现缺陷大小与临界失稳外压成线性关系,因此标准规范中对大型储罐的设计制造误差提出了严格的要求.     

开孔冷弯薄壁卷边槽钢柱轴压性能的试验研究

为研究腹板开孔具中间加劲肋的冷弯薄壁卷边槽钢构件的受压性能,对两种截面形式的短柱和中长柱共计16根轴压构件的承载力和屈曲模式进行了试验分析.结果表明:所有试件均发生畸变屈曲失效,中长柱试件还伴随有绕弱轴的整体弯曲;腹板孔洞导致构件屈曲模式发生变化,孔洞周边板件有局部屈曲产生;孔洞的存在使试件承载力降低,短柱试件承载力的...     

冷弯薄壁方钢管-稻草板组合墙体轴压性能

为研究冷弯薄壁方钢管与纸面稻草板(稻草板)组成的组合墙体的轴压性能,对三面组合墙体试件进行轴心受压试验,得到组合墙体的轴心受压承载力和破坏模式.试验结果表明,组合墙体的破坏模式是钢管端部屈曲破坏、稻草板局部发生褶皱和弯曲.方钢管和稻草板协同工作性能良好,稻草板对方钢管起到了良好的约束作用,组合墙体承载力较高.采用有限元软件ANSYS对组合墙体进行非线性分析,数值分析结果与试验结果吻合较好.在此基础上,利用有限元模型分析了钢管壁厚、墙体高厚比及自攻螺钉间距对组合墙体承载能力的影响,提出了该组合墙体轴压承载力计算公式.计算结果表明,该公式能很好地计算组合墙体承载能力.     

FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱轴压性能有限元分析

以纤维增强复合材料(FRP)约束矩形高强钢管混凝土长柱的轴压试验为基础,利用有限元软件ABAQUS对FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱进行了非线性有限元分析,有限元分析结果和试验荷载-位移曲线吻合较好,破坏模态一致,峰值荷载偏差平均值仅为0.5%,方差为0.080,验证了材料本构关系、单元类型、接触和边界条件等建模方法的可靠性,表明该有限元模型可以准确预测其轴压性能.基于试验和数值模拟分析了试件的受力机理:薄壁钢管在压应力较小时发生局部屈曲;混凝土在钢管鼓曲处发展了塑性应变和横向变形;由于倒角较小,FRP在角部存在应力集中现象,在鼓曲最严重处发生断裂.环向FRP约束延缓了钢管局部屈曲的萌生和发展,提高了核心混凝土的约束强度,对于内填普通强度(C40)混凝土的钢管混凝土柱,环向FRP在承载力上的提升作用较明显,方矩形截面试件的峰值承载力提高了6%～7%.对于内填高强度(C80)混凝土的钢管混凝土柱,方矩形截面试件的峰值承载力提高了4%～5%.最后利用该有限元模型探究了长细比参数对轴压性能的影响,结果表明:FRP对承载力的提升效果随着长细比的增大而降低,对倒角半径为20 mm的模型,当长细比...     

轴压下CFRP—钢管约束混凝土柱试验研究

为研究CFRP—钢管约束混凝土柱试件在B式(仅在核心混凝土施加轴压)加载下的轴压力学性能,采用轴压试验的方法对18根CFRP—钢管约束混凝土试件进行核心混凝土轴向加载,分析混凝土强度、CFRP包裹层数和CFRP约束效应系数对试件轴向承载力和轴向位移的影响。试验结果表明,CFRP约束效应系数对试件轴压承载力提高系数贡献最大,CFRP约束效应能防止钢管的屈曲同时限制混凝土裂缝的发展,增大核心混凝土强度和增加CFRP层数,试件轴向承载力有显著提高。同时制作了6根试件进行A式B式加载对比试验,试验结果表明B式加载方式的极限承载力均大于A式加载,B式加载试件在整个加载过程中CFRP都对混凝土产生约束作用,试件的轴压性能相较于A式更加优良。     

6063铝合金薄壁方管耐轴向撞击性能研究

针对汽车用铝合金构件的安全设计要求,采用关键试验加有限元仿真技术,对6063铝合金薄壁方管轴向耐撞击性能进行了研究.通过轴向静态压缩和落锤冲击试验,获得了该薄壁试件静态和冲击载荷下的力学行为规律.同时应用有限元模型对不同结构尺寸的试件进行了不同速度下的冲击仿真分析,给出了试件变形和载荷预测.研究结果表明,6063铝合金薄壁试件具有良好的吸能性,试件的耐撞性和材料组织、加载速度及结构几何尺寸有密切关系.降低冲击速度、减小构件长细比以及增大壁厚,有利于改善试件屈曲过程的稳定性.作为汽车用缓冲吸能结构,该类薄壁铝合金试件的长细比不宜大于12,壁厚取2 mm,长度在310 mm左右为结构最优.     

弹性扭转约束下矩形薄壁悬臂梁屈曲分析

针对远距离维护机器人关键结构件(矩形截面薄壁梁)轻量化、薄壁化设计后发生的屈曲问题,为避免薄壁结构件发生失稳现象,提出了基于瑞利-里兹能量变分法建立屈曲应力计算模型,以及基于弹性薄板理论构件容纳屈曲半波数、矩形几何尺寸和边界扭矩约束刚度等因素的数学模型的融合方法.将矩形薄壁梁简化为四个非载荷端承受弹性扭转约束的薄壁矩形板件,为矩形梁屈曲分析提供了一种实用方法.运用有限元方法对矩形薄板组成的悬臂梁进行仿真分析,所得结果与理论计算值具有一致性,验证了方法的正确性.     

柱中柱(CIC)组合构件轴压力学性能数值分析

文章基于柱中柱(Column-in-Column, CIC)组合构件的轴压试验,利用ABAQUS软件建立了精细化有限元模型,通过对比试件的承载力、破坏形态和轴力-柱中纵向应变曲线验证数值模型的有效性。对两个典型试件进行全过程受力分析,得到各受力阶段钢管和混凝土的应力分布云图。研究表明：外柱外钢管的应力最大值位于局部屈曲破坏处,外柱混凝土呈全截面受压状态,内柱混凝土随着轴向加载发生弯曲破坏,混凝土从全截面受压逐渐转变为一侧受压和一侧受拉状态。利用验证后的有限元模型对CIC试件的轴压力学性能进行参数分析,当外柱外钢管径厚比从31增加到125时,试件的轴压承载力最大降低了71.6%,试件的承载力随钢材屈服强度和混凝土强度的增加而提高,随外柱长径比的增加而减小。最后基于试验和有限元结果,提出适用于CIC构件的轴压承载力计算公式。     

薄壁带肋方型截面钢桥墩抗震性能的拟静力试验研究

制作5根薄壁带肋方型截面钢桥墩试件,采用MTS伺服加载系统进行此类试件的拟静力试验,研究不同横向加劲肋间距和混凝土填充率对薄壁带肋方型截面钢桥墩抗震性能的影响.通过对试件破坏过程、荷载位移滞回曲线和骨架曲线等试验结果的分析得到:随着底部塑性铰区域横向加劲肋间距的减小,试验采用的钢桥墩试件的承载力和刚度有所提高;其它相同条件下,随着混凝土填充率的增加,管内混凝土对外围薄壁钢管发生局部屈曲的约束作用逐渐增大,桥墩的水平承载力、耗能能力、结构刚度、极限位移和位移延性系数等抗震性能指标也都随之提高.     

大截面7A04高强铝合金角形柱轴压整体稳定试验研究

为研究大截面的7A04高强铝合金角形柱轴压整体稳定性能,进行了18个试件的试验,将试验结果与我国规范进行对比,并建立了试验的有限元模型.试验结果表明:名义长细比为30~80时,试件发生弯扭屈曲破坏;名义长细比为100时,试件发生弯曲屈曲破坏.可得出结论:我国规范过多考虑板件局部屈曲对于构件的影响从而大大低估其稳定承载力;对于板件宽厚比超限不多的构件,局部屈曲对构件稳定承载力几乎无影响;有限元计算结果与试验结果吻合良好,用所建立的有限元模型可以对7A04高强铝合金角形柱稳定性能进行准确模拟.     

矩形薄壁钢管混凝土短柱轴心受压性能试验研究

以截面长宽比、混凝土强度、钢管壁厚为参数,对32个矩形薄壁钢管混凝土短柱进行了轴压试验研究,分析了其破坏过程、破坏形态、承载能力、变形性能,探讨了钢管与核心混凝土协同工作机理及其影响因素.试验研究表明:受力过程中,薄壁钢管长边首先发生屈曲,试件最终破坏形态及破坏承载力与钢管长边的屈曲有关;矩形截面与方形截面和圆形截面相比,长边更容易屈曲,钢管对核心混凝土的约束作用相对较小,壁厚及截面的长宽比对约束作用影响显著;矩形截面薄壁钢管混凝土受压短柱的承载能力与变形性能除与截面长宽比、钢管壁厚有关外,还与钢管与核心混凝土的抗压强度比有关.在试验研究的基础上,建立了核心混凝土的约束分区模型,推导出了矩形薄壁钢管混凝土轴压构件承载力计算公式.     

应变强化对压力容器安全裕度的影响

通过试件拉伸试验和圆筒容器的有限元模拟,分析了加载路径和预应变量对应变强化容器塑性失稳压力的影响.拉伸试验和有限元模拟结果表明:加载路径对试件和容器的极限承载能力影响较小;不同预应变量虽使容器产生不同程度的塑性变形,但材料的强化效应在一定程度上弥补了容器尺寸变化的影响,仅使圆筒容器的塑性失稳载荷略有下降;在径比为1.02～1.10的薄壁容器范围内,壁厚对应变强化后容器塑性失稳压力的下降影响很小.在同时考虑预应变后容器几何形状改变和材料应力应变曲线改变的情况下,4%～12%预应变后,最小安全裕度由按常规设计的4.76降至2.21,与国内外标准中的最低安全裕度要求相当,表明应变强化后容器仍有较高的强度裕度.     

冷弯薄壁卷边槽钢柱弹性畸变屈曲数值分析

随着高强冷弯薄壁型钢在建筑业中的大规模应用,使得构件畸变屈曲的出现可能先于板件的局部屈曲,成为构件失效控制模式。畸变屈曲的破坏机理不同于局部屈曲,其弹性屈曲应力计算过程也大相径庭。现有畸变屈曲临界应力的计算公式异常复杂,在设计中可以借助数值分析的方法进行计算。有限条方法和有限元方法是常用的两种数值分析方法,采用有限条方法和有限元方法计算了冷弯薄壁型钢柱构件弹性畸变屈曲应力和屈曲半波长度,对比研究发现二者结果非常接近,均可用于分析柱试件的弹性畸变屈曲。     

反挠型爆破膜的屈曲分析

反挠型爆破膜的屈曲失效实际上是一个薄球壳在外压作用下的稳定问题。在分析比较各种薄球壳失稳理论的基础上,归纳出适用于反挠型爆破膜屈曲压力计算的公式p_c=KE(S/R),对与K值有关的各项参数,包括材料厚度S_o、膜片的拱高h和底直径d、转角半径r及边界夹持结构型式等,进行了详细的分析研究。试件系用不锈钢、铜、铝等三种材质的箔材制成,膜片直径分别为d=65mm及91.3mm,在室温下进行试验。除对膜片进行液压屈曲试验外,还对带刀具的膜片进行气压验证。另外,还做了高速摄影及应力-应变测试,以考察膜片屈曲过程的特性。通过大量的测试计算,说明本文所推荐的膜片屈曲压力计算公式能满足生产实际的要求,可供工程设计人员参考。