弹性梁非线性热屈曲行为与辛本征解展开方法

基于Hamilton体系,研究了弹性梁在温度荷载下发生的前屈曲和后屈曲问题.在辛空间中,前屈曲问题和后屈曲问题分别归结于系统的零本征值问题和非零本征值问题,而结构屈曲的临界温度和屈曲模态对应Hamilton体系的广义本征值和本征解.采用辛本征解展开方法对非线性大变形的后屈曲问题进行了深入探讨,揭示了从前屈曲到后屈曲变化...     

弹性地基上加热圆板的非线性轴对称自由振动

基于von Karman薄板理论和Hamilton原理,运用假设时间模态法,得到了弹性地基上加热圆板非线性轴对称自由振动的常微分控制方程.考虑不可移简支边界条件,采用打靶法得到了一阶屈曲位形下的前3阶振型的数值结果.结果表明:随地基弹性系数增加,热屈曲临界温度增加;在小振幅的情形下,振型对屈曲构型的影响和地基系数对振型...     

弹性地基上夹紧圆板加热后的非线性轴对称自由振动

根据弹性地基上的加热圆板非线性轴对称自由振动的无量纲常微分控制方程,结合周边夹紧的边界条件,采用打靶法得到了数值解答.分析了不同无量纲地基刚度系数k对应的1阶热屈曲模态,给出了无量纲升温μ对应的前3阶无量纲自然频率,同时得出了不同无量纲地基刚度所对应的前3阶振动模态.     

矩形中厚板屈曲问题Hamilton算子本征函数系的完备性

研究各向同性矩形中厚板的屈曲问题。首先将各向同性矩形中厚板的控制方程组转化为Hamilton系统，然后应用Hamilton体系的分离变量方法得到对边简支条件下对应的Hamilton算子的本征值及本征函数系，并通过符号运算证明了该本征函数系的辛正交性和Cauchy主值意义下的完备性，进而得到各向同性对边简支矩形中厚板屈曲问题的通解。最后通过具体算例，结合通解与另外两侧边的边界条件，得到了四边简支矩形中厚板屈曲问题的屈曲荷载因子。     

发展型哈密顿核积分方程

对于哈密顿体系的偏微分方程分离变量，导致哈密顿型微分程及本征值问题，再导向哈密顿核的积分方程。证明了其本征向量的共轭辛正交归一关系。采用层叠核与积分方程泛函取最大值的变分原理，给出了辛本征向量展开式，并证明其完备性定理。     

轴对称脱层圆板的后屈曲分析

基于Von Karrnan板理论,考虑横向剪切变形,建立了轴对称脱层圆板的后屈曲控制方程．应用正交配点法,将轴对称脱层圆板的后屈曲控制方程、边界条件、以及联接条件转化为非线性方程组,然后进行迭代求解．讨论了不同脱层深度和脱层半径对屈曲及后屈曲特性的影响,发现脱层屈曲荷栽随着脱层深度的减小和脱层半径的增大而减小,后屈曲模态也表现出不同的形式．最后与有关文献的结果进行了比较,二者相当吻合．     

热弹耦合功能梯度材料圆板的热冲击屈曲

基于考虑耦合效应的热弹性基本方程,研究了温度场与位移场相互耦合的功能梯度材料圆板的热冲击屈曲问题.基于Hamilton能量变分原理,建立了周边固支功能梯度圆板动力屈曲问题的基本控制方程,其中假定功能梯度材料的物性参数以幂函数的形式仅沿板的厚度方向连续梯度变化,圆板下表面受均匀动态热载荷作用.采用理论推导与数值分析相结合的方法对耦合热传导方程和动力控制方程进行联立求解,并用小扰动法得到屈曲时的临界温度.研究表明,相同参数下耦合圆板的屈曲临界温度要比非耦合圆板的临界温度高,且临界温度随着梯度材料的体积分数指数或结构径厚比的增大而减小.     

横观各向同性弹性柱体中辛本征解方法

针对横观各向同性弹性柱体问题构造了对偶体系.在辛几何空间中直接描述正则方程和对应的边条件.将问题归结为零本征值及其约当型和非零本征值本征解.采用辛子体系的方法获得了所有本征解的解析表达式,得到了完备的本征解空间.揭示了由圣维南原理所覆盖且体现端部效应的本征解,即本征值对应衰减系数和本征解对应端部非均匀受力下各物理量的变化规律.这种辛方法为解决类似问题提供了一种直接的途径,同时也为工程问题的简化提供了依据.     

板裂介质围岩的流变屈曲研究

针对板裂和似板裂介质结构围岩体的流变特性，建立了粘弹性围岩岩层的屈曲模型。给出了可描述巷道围岩蠕变特征的岩板松弛模数，及在一定载荷作用下粘弹性岩板的屈曲和后屈曲，临界载荷特性曲线。分析计算表明，当岩板的压应力水平增大到亚临界屈曲状态时，由于材料的非稳定蠕变特征将引起岩层的分岔失稳，围岩发生后屈曲破坏。后屈曲模态幅值可作为岩层破坏的位移判据及时间判据。     

热环境中夹层圆板的过屈曲分析

研究夹层圆板在非均匀升温下的几何非线性弯曲和过屈曲问题.基于层合板理论,以中面位移为基本未知量推导夹层圆板的非线性控制方程,采用打靶法对夹层圆板在周边不可移简支边界条件下的问题进行数值求解.得到夹层圆板在均匀升温下的屈曲和过屈曲响应,以及在非均匀升温下的非线性热弯曲和过屈曲构形,分析和讨论横向温度的变化对变形的影响.数值结果表明,刚度对夹层圆板的临界载荷有较大的影响.     

液黏离合器摩擦副热屈曲特性仿真分析

为了研究液黏离合器摩擦副软启动过程中的热屈曲变形,建立了对偶钢片轴对称热传导模型和热屈曲模型,获得了温度场的分布规律,通过有限元法求解了对偶钢片的屈曲变形模态及临界屈曲温度,并分析了约束条件对热屈曲特性的影响。结果表明:软启动结束时对偶钢片温度及径向温差均达到最大值,温度沿径向方向先上升后下降,厚度方向不存在温度梯度;第一阶屈曲模态具有最低的临界屈曲温度,为锥形变形,轴向位移沿半径方向呈线性分布;约束条件能够改变钢片的屈曲模态以及降低临界屈曲温度,为避免液黏离合器摩擦副发生热变形和热失效提供一定的理论依据。     

含开口薄壁杆的空间结构热屈曲有限元分析

针对含开口薄壁杆件的大型空间柔性结构热屈曲问题,发展了一种包含翘曲自由度的二节点开口薄壁杆单元。该单元考虑了约束扭转与弯扭耦合效应,同时考虑了热应力对几何刚度阵的影响,可进行空间杆系结构的热屈曲分析。简单梁模型算例表明:该方法求得的各阶屈曲温度临界值和屈曲模态与AN SY S薄壳有限元解吻合较好;并且由于考虑了开口薄壁杆的特性,热首先引起杆件的弯扭耦合屈曲。对哈勃太空望远镜太阳帆板的简化模型进行了热屈曲分析,成功地解释了热使该太阳帆板发生扭转屈曲的原因。     

刚性空腔内弹性衬壳热屈曲温度数值解法

研究了刚性空腔内弹性圆柱形两端固支钢衬壳由于温度变化引起的屈曲问题。应用非线性理论导出衬壳热屈曲问题的大挠度控制方程，用渐进分析法将其线性化。假设满足边界条件和刚性空腔约束条件的屈曲模态，分别采用伽辽金（Ｇａｌｅｒｋｉｎ）法和配点法解出屈曲温度。计算了一个模型，两种方法得出的结果十分接近。给出衬壳的长度和厚度对屈曲温度的影响曲线。文中结果可应用于核反应堆安全壳和化学工业中厚壁高压反应塔中内衬壳设计。     

圆形混凝土容器内点铆固圆环的热屈曲分析

基于初始后屈曲理论的变分原理，导出了圆拱在均匀压力作用下弹性失稳的中性平衡方程，并计算了圆拱反对称屈曲的临界压力，得到了与经典解一致的结果。根据稳定的能量准则，研究了点铆固于圆形混凝土容器内壁上的圆环均匀受热的屈曲问题，给出了临界温度的解析表达式。算例表明，计算的临界温度与大挠度理论计算结果非常吻合，与实验结果符合也较好。给出的解析式同时适用于两铆栓间全域屈曲和局部屈曲的计算。     

弹性地基上简支梁在热载荷作用下的自由振动

基于Hamilton原理,得到了弹性地基粱在均匀升温作用下的非线性自由振动控制方程。运用Kantorovich平均法将非线性偏微分方程转化成一组常微分方程,考虑不可移简支边界条件,采用打靶法得到了一阶屈曲位形下的前三阶振型的数值结果。结果表明：随地基弹性系数增加,热屈曲临界温度增加;在小振幅的情形下,振型对屈曲构型的影响很小。     

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.     

高温环境下含典型凹坑缺陷蜂窝夹芯板特征值屈曲性能

蜂窝夹芯板在运输、使用过程中,可能在面板上产生形式各异的凹坑,研究高温环境下含凹坑缺陷蜂窝夹芯板的屈曲性能对评估结构安全和可重复使用具有重要意义。基于Python语言构建了含圆形凹坑缺陷、含正方形凹坑缺陷、含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板参数化有限元模型,分析了恒温和变温下凹坑缺陷关键参数对蜂窝夹芯板特征值屈曲性能影响规律,结果表明不管是恒温环境还是变温环境,随着凹坑缺陷直径(边长)或者凹坑深度的增大,蜂窝夹芯板临界失稳载荷降低;对比分析了等面积缺陷和等周长缺陷下三种典型缺陷对结构特征值屈曲性能的影响,结果表明等面积缺陷下,含圆形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者,等周长缺陷下,含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者。     

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.