壳体受均匀外压的稳定问题

本文以圆柱薄壳为例,计算不同几何关系对受均匀外压壳体失稳临界载荷的影响,分析其影响原因,从而为工程应用提供了选择依据。     

均匀内压作用下曲边柱壳的非线性动态响应

为了研究曲边柱壳受动态内压载荷作用下的变形规律,建立了精确考虑壳体几何构型的非线性动态控制方程,提出了一种基于静力变形模式的动态响应计算方法,然后通过能量方程建立了均匀内压作用下曲边柱壳动态解的增量求解算法,求解结果与有限元方法LS-DYNA计算结果十分一致.分析了加载速率和载荷形式对曲边柱壳动态响应的影响,发现加载速率和载荷形式可以较大程度地改变曲边柱壳的动力学行为,因此可以通过改变动态加载速率和载荷形式来控制曲边柱壳不同的动态特性.     

静水压力对加筋壳体振动特性的影响

采用Ｆｌｕｇｇｅ’ｓ壳体理论，对两端简支环加筋壳体在静水压力作用下的振动特性进行了研究，分析了静水压力及其变化对加筋壳体振动特性的影响，探讨了内压、外压及轴向压力对环加筋壳体固有频率的影响。     

几何形状变化对于结构承载能力的影响

本文根据Ｏｎａｔ等关于考虑几何形状变化对于结构承载能力影响的概念［１０］,用钱令希教授关于计算壳体极限承载能力的方法［１］分析了杆体结构,圆板轴对称变形,圆柱壳受环状集中力及均布法向载荷,圆锥壳受顶部集中力及内外均布压力等共１２个例题。每种情况都讨论和比较了载荷作用方式（载荷沿正向及反向作用）,壳体几何参数（长筒壳和短筒壳,尖锥壳和扁锥壳,较厚壳和较薄壳）对于几何形状变化效应的影响。其中简支圆板和圆锥壳的分析与我们的实验结果符合较好。     

静水压力对加筋壳体振动特性的影响

采用 Flugge's 壳体理论,对两端简支环加筋壳体在静水压力作用下的振动特性进行了研究,分析了静水压力及其变化对加筋壳体振动特性的影响,探讨了内压、外压及轴向压力对环加筋壳体固有频率的影响.     

面向组合结构刚度非线性特性的等效模型

针对组合结构轴向载荷下呈现的刚度非线性特性难以计算的问题,提出了梁-双弹簧等效计算模型,研究了在包含不同材料垫片的组合结构中螺栓预紧力以及部分几何尺寸对轴向刚度非线性特性的影响.结果表明:采用铝合金垫片时,该连接组合结构的非线性特性主要表现为其轴向载荷-位移曲线在拉压状态改变时出现明显拐点;而该结构采用石墨垫片时,位移曲线在拉压阶段分别表现出非线性.相比于垫片厚度,螺栓预紧力、法兰厚度以及螺栓位置对轴向拉压刚度的影响更显著,且影响规律与所受载荷方向、垫片材料属性有关.     

开孔接管对卧式储罐承载能力的影响分析

压力容器上都不可避免地有开孔接管,从而可能影响容器的承载能力。该文采用有限元方法分析了一个带有接管卧式容器的外压临界载荷和内压极限载荷,并通过改变接管大小和接管壁厚来考察开孔接管的影响。研究发现:开孔接管并没有降低卧式容器的外压承载能力,但会降低设备的内压极限承载能力;壁厚相同时开孔接管的直径增大,对外压失稳临界压力几乎没有影响,但塑性极限载荷值会明显降低;开孔接管直径相同,壁厚增大,设备的外压临界载荷稍有增加,而塑性极限载荷明显提高。     

外压作用下圆柱壳的塑性初始后屈曲

本文基于塑性流动理论,利用 Hutchinson 的塑性初始后屈曲方法,研究了无缺陷圆柱壳在均匀外压作用下的弹塑性后屈曲性态.壳体材料为任意幂次强化模型.计算结果表明,对于直径厚度比 D/t<40的一类壳体,必须要考虑塑性变形,而且由此表现出来的后屈曲性态和弹性情况完全不同,它存在有压力极限值,对几何缺陷的敏感比较显著.     

圆柱壳在轴力和外压联合作用下的涡形缺陷敏感度

本文基于Kármán-Donnell壳体方程,研究了具有涡形几何缺陷的圆柱壳在轴力和外压共同作用下的后屈曲问题;将双重尺度摄动法和Fourier展开相结合,导得了圆柱壳相应的初始后屈曲系数以及极值载荷与缺陷参数之间的定量关系.文中通过实例计算得到了一系列曲线图谱,描述了一些因素对缺陷敏感度的影响程度.     

均布压力作用下扁球壳几何非线性自由振动

基于均布压力作用下扁球壳几何非线性自由振动控制方程,利用Kantorovich时间平均法将非线性偏微分方程组化为一组非线性常微分方程组.考虑不可移简支和夹紧两种边界条件,应用打靶法得到数值解.考察扁球壳的固有频率随拱高变化的规律.分析外载荷参数对壳体力学特性的影响.     

轴压化铣网格加劲圆筒壳结构优化设计

本文建立了轴向压力作用下中长正置正交化铣网格加劲圆筒壳结构优化设计的数学模型,采用约束变尺度法进行了优化计算,分别讨论了材料屈服极限、外载荷、加劲效率系数ψ以及环向肋条与纵向肋条间距之比λ对优化结果的影响,得到了若干有实用价值的结论.     

几何缺陷对圆柱壳安全性能影响的数值分析

本文采用扁壳杂交单元和浅曲梁杂交单元,分析了椭圆度、不平直度等常见初始几何缺陷对圆柱壳承载能力的影响,以及轴压与外压联合作用下的相关屈曲特性.     

抛物线型单层柱面网壳的非线性稳定性

对抛物线型单层柱面网壳的静力稳定性能进行了研究.比较了抛物线型单层柱面网壳与圆柱面单层柱面网壳和倒悬链线单层柱面网壳的静力稳定性能.对抛物线型单层柱面网壳进行参数分析,并对抛物线型单层柱面网壳进行结构优化.研究表明:与圆柱面网壳相比,抛物线型单层柱面网壳的极限荷载有大幅度增大;长跨比、矢跨比对网壳的极限荷载影响显著;初始几何缺陷对网壳的极限荷载有较大影响;网壳的斜杆相交角在50°左右,网壳的静力稳定性能最好;按等比数列布置拱向网格间距,比值α的取值在0.85到0.95之间时,网壳的静力稳定性能最好.     

组合壳体膜应力的简化计算

采用无力矩理论计算压力容器壳体中的膜应力,壳体材料的强度可以合理利用。传统的膜应力计算方法比较复杂,而计算研究点承受的外载荷的轴向分量是求解膜应力的关键。介绍了计算组合壳体各部位承受的外载荷的轴向分量的简便方法,进而求解膜应力。     

纵环加筋圆柱壳塑性屈曲分析

采用Mises屈服准则和塑性形变理论,基于能量原理对纵环加筋圆柱壳的塑性屈曲进行了分析,给出了简明的临界压力求解公式并讨论了壳板塑性屈曲、肋板局部塑性屈曲和环筋柱壳塑性屈曲等几种特殊情况.计算结果表明,本文方法具有较好的精度和通用性.     

多射孔对套管-水泥环结构强度的影响

结合油井试采工程实际问题,研究了圆形和椭圆形两种形状的多个射孔对套管-水泥环结构强度的影响.给出了外压作用下的双层长圆柱壳结构开任意形状的单个贯穿孔问题的理论解,并用有限元软件ANSYS分别对具有圆形及椭圆形两种形状的单个射孔及多个射孔的套管-水泥环结构在受横向均布外压作用下的孔边应力进行了数值计算.计算结果表明,开单孔情况套管的最大应力的数值解与理论解很接近,每米分布40个圆形射孔情况下的套管-水泥环结构强度比每米分布八个椭圆形射孔情况提高20%以上,因而较为合理.     

核爆条件下土中钢质圆柱壳动荷载计算方法

为研究核爆条件下土中钢质圆柱壳动荷载的计算问题。采用核爆模拟装置进行了爆炸荷载作用下密实砂土内钢质圆柱壳模型试验，得到了有关动压力的时程曲线。试验表明钢质圆柱壳结构的动压力分布不同于钢筋混凝土结构，其中密实砂土中钢质圆柱壳的底部压力大于顶部压力。在试验基础上，通过动力有限元数值模拟，得到了核爆条件下密实砂土和软粘土两类地层的圆柱壳动荷载分布规律与计算方法。综合试验和数值模拟结果，结合现行设计规范方法，给出了全埋钢油罐动荷载的工程实用计算方法。     

核爆条件下土中钢质圆柱壳动荷载计算方法

为研究核爆条件下土中钢质圆柱壳动荷载的计算问题。采用核爆模拟装置进行了爆炸荷载作用下密实砂土内钢质圆柱壳模型试验,得到了有关动压力的时程曲线。试验表明钢质圆柱壳结构的动压力分布不同于钢筋混凝土结构,其中密实砂土中钢质圆柱壳的底部压力大于顶部压力。在试验基础上,通过动力有限元数值模拟,得到了核爆条件下密实砂土和软粘土两类地层的圆柱壳动荷载分布规律与计算方法。综合试验和数值模拟结果,结合现行设计规范方法,给出了全埋钢油罐动荷载的工程实用计算方法。     

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。