功能梯度圆柱壳的屈曲问题

功能梯度材料是21世纪最有发展前景的新型材料之一,通过材料组份的梯度变化使其具有特殊的力学、热学特性。近年来,功能梯度材料与结构的研究已引起国际学术界广泛关住。对功能梯度圆柱壳的屈曲问题进行了研究。建立了功能梯度圆柱壳的几何方程、本构方程、平衡方程,得到了该圆柱壳的临界屈曲荷载,并对产生屈曲的因素进行了分析讨论。     

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。     

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。     

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.     

圆柱壳的屈曲荷载最大化设计

研究了弹性圆柱壳在任意轴对称边界条件下和受均布法向荷载作用下的稳定性优化设计问题，即极大化屈曲临界荷载。利用能量原理分析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，使圆柱壳稳定性优化设计成为极大化最小特征值问题。算例表明了本方法的有效性。     

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。     

功能梯度圆柱壳轴对称弯曲的解析解

研究功能梯度材料圆柱壳在内压作用下的弯曲变形问题. 基于经典线性壳体理论,假设功能梯度圆柱壳的材料性质为沿厚度方向按幂函数连续变化的形式,推导出以位移为基本未知量的功能梯度材料薄圆柱壳轴对称变形的控制方程.采用解析方法求解,得到圆柱壳轴对称弯曲的解析解.分别在两端固支和两端简支边界条件下,给出圆柱壳的变形和内力的分布曲线,分析和讨论材料梯度变化参数对变形和内力的影响.结果表明,在内压作用下,两端简支和两端固支壳的变形随着体积分数指数的增加而减小.     

爆炸荷载作用下土埋圆柱壳动力屈曲分析

为研究爆炸动载作用下土中圆柱壳结构的动力稳定特性, 依据爆炸动载作用下土埋圆柱壳的受力特征,建立了考虑土与圆柱壳相互作用的土弹簧-柱壳计算模型,应用非线性有限元方法进行了数值计算。在圆柱壳结构动力屈曲过程数值分析的基础上,运用B-R屈曲准则判定土埋圆柱壳在爆炸动载作用下的屈曲临界荷载,并重点讨论了土层变形性质对圆柱壳屈曲荷载的影响,得到了土中圆柱壳屈曲荷载和土体弹性常数K的定量关系。结果表明,屈曲荷载随土体弹性常数的增大而非线性增大。     

功能梯度多级加筋圆柱壳的轻量化设计

为了提高圆柱壳的承载能力,提出一种功能梯度多级加筋圆柱壳.通过等效原理推导功能梯度多级加筋圆柱壳的等效刚度,并基于等效刚度模型计算其临界屈曲荷载.建立考虑结构部件尺寸与功能梯度组分材料分布的多级加筋圆柱壳轻量化设计模型.采用粒子群算法对其进行优化设计,并基于有限元特征值屈曲分析对优化结果进行验证.结果表明,优化后功能梯度多级加筋圆柱壳质量明显减少,且其承载性能表现优异.算例验证了功能梯度多级加筋圆柱壳优化设计方案的实用性与安全性.     

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．     

导弹弹射系统中缓冲制动锥的轴压特性

针对壁厚线性变化的制动锥,提出了等效壁厚概念,并按分段能量等效的方式得到了考虑应变强化效应的制动锥轴压力学模型.同时采用理论分析、有限元计算和实验手段研究了弹射系统中缓冲制动锥的轴压变形和力学行为,3种方法得到的结果基本一致.所提出的制动锥轴压力学模型可为制动锥的工程设计、性能预测以及武器系统的发射动力学分析提供参考.     

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     

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。     

正交铺设层合圆柱薄壳在外压作用下的屈曲和后屈曲

依据文献[1,2] 提供的圆柱薄壳屈曲的边界层理论,以挠度为摄动参数,采用奇异摄动方法,给出了完善和非完善、非对称正交铺设层合圆柱薄壳在侧向外压和静水外压作用下的屈曲和后屈曲分析.本文给出了多种复合材料层合圆柱薄壳的计算结果,同时讨论了铺层数对屈曲载荷、后屈曲平衡路径的影响.     

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.     

薄壁圆柱壳轴向动力屈曲的实验研究

探讨圆柱壳的动力屈曲行为，有助于构造具有高吸能率的抗爆结构。采用锤捶实验进行圆柱壳的动力屈曲行为研究中，超薄壁圆柱壳出现了一些特殊屈曲行为，在实验中观察到随着径厚比的增加，折屈边数有相应增加的趋势，存在过渡区。经吸能特性分析，在壁厚相同的条件下．能量吸收量与圆柱壳半径成正比。     

充液圆柱壳轴向冲击屈曲的计算机仿真分析

利用大型通用有限元程序ＬＳ－ＤＹＮＡ,对充满水的金属薄壁圆柱壳轴向冲击屈曲过程进行了计算机仿真分析。分析表明,充液柱壳在大质量锤体低速撞击下,壳内液体承受很高的压力,在此内压与轴向压缩的联合作用下,柱壳发生轴对称屈曲。得到的屈曲模态动画显示以及冲击力和液体内压时程曲线与实验观察相比较,其一致性是令人满意的。