静水压力下具有轴对称初始缺陷圆柱壳承载能力研究

文章针对含有轴对称初始缺陷和局部轴对称凹陷的圆柱壳在静水压力下的稳定承载能力问题进行了研究。通过一种数值计算方法,给出了初始缺陷幅值、壳体半径与厚度比、壳体长度、局部凹陷长度及位置对静水压力下圆柱壳屈曲临界压力的影响。并针对不同缺陷幅值对圆柱壳的刚度进行折减,给出了初始缺陷幅值与刚度折减系数的关系。研究结果表明,对于轴对称初始缺陷对圆柱壳稳定承载能力的影响,本质上是降低圆柱壳轴向弯曲刚度和轴向的薄膜刚度从而造成圆柱壳稳定承载能力的下降,因此针对轴对称初始缺陷可以增加纵筋提高其弯曲刚度,增加稳定承载能力。     

静水压力下圆柱壳结构屈曲机理分析

针对静水压力下圆柱壳结构的屈曲机理问题,将圆柱壳的结构刚度分为薄膜刚度和弯曲刚度,分析了具有完整刚度下圆柱壳的失稳压力,并与已有的理论进行了比较,验证了方法的可靠性。通过消除圆柱壳结构各部分薄膜刚度获得了消除刚度后的临界屈曲载荷,分析了各部分薄膜刚度对静水压力下圆柱壳承载能力的影响,结果表明,静水压力下圆柱壳屈曲的原因是结构周向薄膜刚度的减少。     

肋骨刚度对环肋圆柱壳屈曲载荷的影响分析

在推导环肋圆柱壳屈曲临界载荷的基础上,通过能量与结构刚度之间的关系,分析了肋骨弯曲刚度、扭转刚度和压缩刚度对环肋圆柱壳失稳载荷的影响。分别折减肋骨弯曲刚度和壳板刚度,研究了不同位置的肋骨在环肋圆柱壳总体稳定性中的作用,并将单根肋骨刚度折减系数转换成所有肋骨的平均折减系数;分析了壳板刚度对环肋圆柱壳总体稳定性的影响,给出了肋骨和壳板刚度同时折减时环肋圆柱壳总体稳定性的计算方法。为环肋圆柱壳的设计以及含缺陷圆柱壳承载能力的研究提供了一种理论参考。     

均布外压下复合材料球壳脱层跳跃屈曲研究

本文提出了一种研究均布外压下复合材料球壳内表面薄层脱层屈曲特性的理论方法,基于弹性相似性原理建立了复合材料球壳受压内表面脱层跳跃屈曲的模型,采用非线性大挠度理论建立了脱层屈曲的控制方程,分别研究了初始状态含脱层和不含脱层的复合材料球壳的脱层屈曲特性,得到了两种情况下脱层屈曲临界载荷的表达式,讨论了脱层厚度、脱层位置、脱层大小对脱层临界屈曲载荷的影响。结果表明:对于初始状态靠近内表面存在脱层的复合材料球壳,如果脱层厚度很薄,在压力达到一定值时,内表面的脱层区域将发生跳跃屈曲,其屈曲的挠度远远大于脱层的厚度,屈曲的临界载荷随脱层大小的增大而增大,且与脱层厚度几乎成正比;对于初始状态不含脱层的受压复合材料球壳,在靠近其内表面区域存在一个位置,其对应的脱层屈曲临界载荷为最小,最有可能脱离球壳整体,发生跳跃屈曲;如果层间强度不足,该脱层还有可能进一步地扩展,从而导致薄层大面积地脱离整体,降低结构刚度。     

蛋形耐压壳力学特性研究

深入研究了复合材料蛋形耐压壳的力学特性.首先建立蛋形耐压壳母线方程及解析法力学模型;在此基础上,推出极限强度载荷、屈曲临界载荷与厚度的定量关系式,以及厚度和浮力系数的求解方程,并研究了同比条件下球形耐压壳的力学特性.结果表明,蛋形耐压壳综合性能优于球形耐压壳,可最优协调强度稳定性、浮力系数、空间利用率、人机环特性以及水动力学特性,且对缺陷敏感性低,便于开孔、开窗,在深海潜水器上具有良好的应用前景.     

基于动力学润滑耦合的低速二冲程船用柴油机机座刚度匹配设计

以低速二冲程船用柴油机为研究对象建立多体动力学与弹流润滑理论耦合模型,将主轴承油膜特性、摩擦损失功耗、曲轴弯曲振动特性作为柴油机主轴承安全性与经济性的评价指标,考察机座整体结构刚度改变对主轴承润滑及曲轴振动特性的影响。研究表明：原机飞轮端第7主轴承润滑性能相对较差,整机各主轴承的最小油膜厚度偏差为79.3%。机座刚度对主轴承摩擦润滑及振动性能均有明显的且不同规律的影响。通过调整优化各主轴承座刚度,使危险位置主轴承最小油膜厚度增加7.64%,最大油膜压力降低7.83%,整机主轴承总摩擦功耗和曲轴弯曲振动幅度均有所降低。     

钛合金耐压壳在碰撞下的动力屈曲数值模拟

潜器在航行时有可能与礁石、冰山、其他潜器等发生碰撞事故,碰撞会导致潜器部分结构出现受损、变形、发生屈曲等情况.近年以来,耐压结构在碰撞下的动力屈曲问题引来众多学者的关注与研究.本文利用有限元软件Ansys/Ls-dyna对钛合金耐压壳在碰撞下的动力屈曲展开研究,分析撞击速度对耐压壳动力屈曲的影响.结果表明:在撞击速度达到使耐压壳发生屈曲前,碰撞过程中的最大碰撞力与平均碰撞力的比值可能不变;在不考虑其他因素(耐压壳的厚度,弹性模量,静水压力等)对碰撞力影响的前提下,撞击速度在达到使耐压壳发生动力屈曲前,与最大碰撞力和平均碰撞力近乎呈线性关系.     

特征载荷下海工管状结构屈曲临界载荷分析

圆柱形管状结构在海洋工程领域中应用较多，在进行结构设计时，需重点关注其侧向受载时的屈曲强度问题。通过理论分析和数值模拟，对比研究径向线性载荷变化下圆柱壳的屈曲行为，以经典的Donnell壳体理论为基础，得到圆柱壳的屈曲控制方程，并通过本征值分析方法得到结构屈曲的临界条件。采用有限元软件ABAQUS对线性变化径压下圆柱壳的屈曲进行数值仿真。分析得出径厚比是径向线性分布载荷下圆柱壳屈曲临界载荷的主要影响因素，三角形径压下屈曲临界载荷值约为均布径压下屈曲临界载荷值的2倍。     

船舶圆弧过渡肘板节点的屈曲破坏研究

船体构件腹板在连接端部逐渐升高形成圆弧过渡肘板节点,较大的腹板尺寸导致其受弯时易出现屈曲破坏,从而影响船体结构的安全性。以典型圆弧过渡肘板连接的横梁-肋骨节点结构为研究对象,采用极限强度试验与非线性有限元模拟方法,研究肘板节点受弯时的破坏模式、极限载荷以及屈曲过程,讨论肘板臂长、圆弧半径、面板厚度对节点结构屈曲破坏的影响。结果显示:考虑初始缺陷的非线性有限元模拟结果与试验结果一致;根据肘板尺寸的不同,屈曲破坏的位置包括靠近肋骨的横梁腹板区域以及肘板与横梁过渡圆弧处的腹板区域;随着肘板臂长的增加,不同圆弧半径时节点的极限载荷均为先增大后趋于不变;随着圆弧半径的增加,肘板臂长较小的节点极限载荷缓慢上升,肘板臂长较大的节点极限载荷则近似呈线性增长趋势;面板厚度对极限载荷的影响较小,随着面板厚度的增加,极限载荷先缓慢增加后趋于不变。     

一阶模态缺陷条件下蛋形耐压壳屈曲特性研究

为研究蛋形耐压壳在不同数值模型下的屈曲特性,首先,建立理想蛋形耐压壳数值模型,研究单元尺寸对其强度与屈曲的影响;在此基础上,引入非线性与一阶模态缺陷,分别研究蛋形耐压壳在这两种情况下的屈曲特性影响规律.结果表明:单元尺寸对蛋形耐压壳的强度影响小,屈曲影响大;非线性与模态缺陷对耐压壳的稳定性影响大,二者对临界屈曲载荷下降的贡献度分别达到56.27%、13.47%,故进行蛋形耐压壳数值分析时应将其列入考虑范围,保证耐压壳安全稳定性.     

多孔材料刚度对微铣削加工稳定性的影响

多孔材料的宏观力学性能同时受到构成材料的力学特性和细观孔洞构造特征的影响。在前人对多孔材料力学性能和等效弹性模量研究的基础上,文中着重对多孔材料等效刚度的影响因素和微铣削加工过程稳定性展开分析研究。研究结果表明：多孔材料的刚度与构成材料单元胞的胞壁长度及厚度密切相关,等效刚度随胞壁厚度增加而增大、随胞壁长度的增大而减小;材料刚度直接影响微铣削加工稳定性,刚度大稳定铣削区域变大。此外加工稳定性还受固有频率、阻尼率等因素的影响。该研究为进一步分析多孔材料微铣削加工稳定性提供了理论依据。     

龟型耐压壳设计及屈曲数值分析

以海龟外壳为生物原型,以长江水域为应用场景,研究耐压壳设计及屈曲行为.首先,优选壳体函数,设计龟型耐压壳结构;其次,基于等屈曲原则对耐压壳进行变厚设计,建立壳体厚度表达式,并研究厚度变化规律;最后,建立等厚龟型耐压壳模型,并基于数值法,对该结构进行屈曲研究,分析耐压壳的薄弱区域.结果表明:对于椭球壳部分,无论椭圆率在哪...     

深海球形耐压壳力学特性研究

研究了深海球形耐压壳计算方法。分别建立了球形耐压壳薄壳和厚壳的力学模型、浮力系数求解公式以及壳单元和体单元的数值模型。分析1~6km球形耐压壳强度、稳定性、储备浮力特性,并研究网格划分形式、单元类型、密度对数值计算结果的影响。研究结果表明,采用厚壳理论、体单元数值分析进行深海球形耐压壳设计与评估更为合理。在设计时,建议先根据内表面应力公式确定耐压壳厚度,再运用厚壳屈曲理论或数值分析校核其稳定性。     

正交加筋板中板梁耦合动力特性北大核心CSCD

[目的]旨在探究正交加筋板中板梁构件的动力耦合关系及其对正交加筋板本征动力特性的影响机理和影响规律。[方法]以不同弯曲刚度比的正交加筋板模型为研究对象,采用有限元法计算自由边界和固支边界下正交加筋板模型的固有频率及振型,通过分析正交加筋板模型的固有频率及振型随板梁弯曲刚度比的变化规律,探究正交加筋板中加强筋与平板两种构件间的动力耦合特性。[结果]研究表明,在板梁构件弯曲刚度变化过程中,正交加筋板主要表现为板类动力特性为主导和板梁耦合动力特性两种形式。得到了这两种形式转变过程中的临界板梁弯曲刚度比及其判据。[结论]板梁动力耦合现象对固有频率的影响主要表现为改变固有频率随弯曲刚度比的变化速率,对固有振型的影响主要表现为使板类振型产生错位分布和形态畸变。     

柔性管缆限弯器等效弯曲刚度研究

由于限弯器设计涉及多参数且缺乏理论模型与设计依据,导致设计效率低下.本文首先基于欧拉-伯努利梁理论建立了限弯器等效刚度的总体模型,同时采用板弯曲理论与Hertz接触理论建立局部锁合结构的弯曲模型,通过简化得到了模型的半经验求解形式,并定性研究了公头端部高度、有效节长、母头尾部厚度、材料弹性模量四类参数对等效弯曲刚度的影响规律.然后建立有限元分析模型验证了上述半经验求解形式,并引入正交试验研究上述四类参数对等效弯曲刚度的影响程度,验证了理论分析得到的各参数影响趋势.研究获得的限弯器等效弯曲刚度理论模型,以及上述四类参数变化对限弯器等效弯曲刚度的影响规律及程度,可为设计提供参考.     

SPS复合加筋板后屈曲失效过程分析

SPS夹层结构因其比强度高、比刚度好、减振降噪、可设计性强等优点,在船舶领域得到广泛关注。本文采用非线性Ansys有限元方法,通过失效判据和刚度退化准则的二次开发,对SPS复合加筋板结构进行后屈曲渐进失效过程研究,重点分析了结构的动态后屈曲失效模式、损伤扩展路径和极限强度,并开展了SPS复合结构动态后屈曲影响因素研究。通过与钢制结构的后屈曲渐进失效过程对比,进一步验证了SPS复合结构在稳定性方面的优势。研究结果为提高SPS复合结构在船舶应用中的安全性和经济性提供依据。     

一种准零刚度采集器的宽频振动能回收特性分析

为了拓宽振动能量采集器的频率带宽,给出一个准零刚度振动能量采集器,研究了该采集器的收集性能.该采集器由两个倾斜的线性弹簧和一个竖直的线性弹簧组成,两个倾斜的弹簧具有snap-through型负刚度特性,竖直的弹簧为线性刚度.改变竖直弹簧的刚度,采集器在平衡位置具有准零刚度的特征.基于电磁感应现象,建立采集器的机电耦合控制方程,利用谐波平衡法,求解采集器的动力学响应.计算发现采集器的幅频响应曲线具有5个解的双跳跃现象,先向左弯曲的软特性,再向右弯曲的硬特性.通过和相应线性采集器比较,发现该采集器频率带宽可以增加3.56倍,比等效线性采集器增加2.87倍.讨论了采集器参数对频率带宽的影响,数值结果验证了近似解析方法的正确性,为振动能量采集器的设计提供了一个新方案,为振动能量采集技术的研究提供了理论支撑.     

加筋板壳结构冲击屈曲研究

本文对近年来加筋板壳结构的冲击屈曲研究进行了回顾，对不同冲击载荷作用下加筋板和加筋圆柱壳的冲击屈曲现象分别做了阐述；讨论了冲击载荷、几何尺寸、初始缺陷以及加筋形式等因素对冲击屈曲的影响；最后指出了需进一步深入研究的问题。     

轴压复合材料柱形壳屈曲特性

以单立柱固定式海洋平台的柱形壳桩腿为研究对象,得到复合材料柱形壳较为合理的结构尺寸、铺层方式,提高其轴向承载能力.首先,通过碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)材料单轴拉伸试验得到复合材料柱形壳试验样本的材料属性,用于柱形壳的计算与分析.其次,基于复合材料薄壳理论,得到轴压复合材料柱形壳屈曲临界载荷解析解,对比线弹性屈曲有限元分析,验证了理想柱形壳有限元模型建立的正确性.再次,由复合材料柱形壳缺陷测量试验得到其初始几何缺陷,由轴向压缩试验得到其轴压屈曲特性,对比非线性屈曲有限元分析,验证了缺陷柱形壳有限元模型建立的正确性.最后,结合线弹性屈曲分析结果,引入模态缺陷,从线弹性和非线性屈曲分析两个方面,研究铺层角、铺层数、各层纤维厚度、几何尺寸对复合材料柱形壳轴向承载能力的综合影响规律,得到各模型的屈曲特性与缺陷敏感性.从生产制造与工程实际出发,建立一种系统的CFRP型复合材料柱形壳设计计算流程、失稳分析方法,对于复合材料柱形壳的设计、校核、优化具有指导性作用.     

深水导管架桩腿制造误差与抗屈曲特性研究

文章通过典型算例详细阐述了具有制造误差的深水导管架桩腿屈曲分析方法,将线性扰动加载的特征值届曲预测算法和描述几何非线性屈曲过程的改进的Riks算法应用于导管架桩腿的详细设计校核,对比研究了模态扰动模拟制造误差和直接模拟制造误差模型的分析结果,并对典型桩腿结构在静水外压下的弹塑性屈曲响应特性进行了研究.分析结果表明,随着制造误差的增加,导管架桩腿抗静外压的临界屈曲载荷在下降,而且制造误差大的桩腿的极限承载能力较低.