泡沫铝填充圆管轴向动力屈曲及吸能特性研究

研究了泡沫铝填充圆管结构在轴向冲击下的动力屈曲和吸能特性.采用显式动力有限元方法,模拟了结构在轴向冲击作用下的动态屈曲,并从压溃力和比吸能2个方面分析了其吸能特性.研究表明,泡沫铝填充圆管在轴向冲击下会发生失稳现象,在实际应用中应采取保护措施.结构冲击吸能时,在相同冲击速率情况下,其吸能能力随冲击刚体质量的增加而提高.通过对填充圆管在不同冲击速率情况下的特性分析,表明其可用作塑性限位器.     

轴向砰击杆的动力响应与屈曲

本文对轴向砰击载荷作用下杆的动力响应与屈曲问题进行了探讨。通过采用一种奇异摄动方法,求解了轴向砰击杆的动力响应与屈曲控制方程,在此基础上,分析其横向弯曲运动规律和动力屈曲现象,同时讨论了轴向砰击杆的动力失稳判据。最后,采用本文发展的理论计算了一个实例,计算结果与已有的试验结果之间有着较好的一致性。     

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.     

海底管道侧向屈曲分析

侧向屈曲是非埋设海底高温高压管道运行期间常见的失效形式.由高温和高压造成的管道轴向应力是导致管道侧向屈曲的主要原因.本文对管道侧向屈曲进行了数学解析分析,并给出了管道在实际运行状态下发生侧向屈曲时常出现的四种模态的力学分析结果.对某工程项目的海底管道进行了侧向屈曲的数值计算以验证其工程可靠性.从理论和工程实践两方面分析比较了控制侧向屈曲的各种方法.初步探讨了深水高温高压管道的侧向屈曲控制方法.     

轴向受冲薄壁圆管的尺度效应研究

在理论研究中，轴向冲击下薄壁圆管的力学特性一般都是采用结构有效利用率和紧致比两个无量纲比值来研究的，由于忽略了圆管的尺度效应，故这种处理过于简单。为使问题处理值得更好，这里应用非线性有限元技术，对薄壁圆管受轴向冲击载荷作用进行研究，研究紧致比相同而中径和厚度不同时的动响应力学特性及吸能特性，并根据计算结果分析了圆管的尺度效应。     

肋骨侧向稳定性特征屈曲有限元分析

环肋圆柱壳通常在周向布置肋骨来提高其稳定性,在深水压力作用下,肋骨发生侧向失稳的可能性加大,进而影响环肋圆柱壳的整体稳定性。在理论分析的基础上,采用有限元法对环肋圆柱壳进行在静水压力和轴向压力作用下的特征屈曲分析,研究肋骨侧向失稳的屈曲特征,得到肋骨侧向失稳的判别方法,为工程设计提供参考。     

轴向压力作用下正交各向异性圆柱壳的稳定性与自由振动特性分析

本文依据Flagge壳体理论，从正交各向异性圆柱壳在轴向压力作用下的自由振动平衡方程出发，推导出在简支边界条件下壳体自由振动的特征方程，分析了正交各向异性圆柱壳在轴向压力作用下的稳定性和自由振动特性，详细讨论了壳体几何参数和材料特性参数以及轴向压力对于自振频率的影响，给出了最低频率随L／R变化的包络线。本文还使用Timoshenko壳体理论进行了比较分析。     

桁材开孔腹板的线性屈曲强度分析

船体在总纵弯曲时甲板纵桁和船底纵桁承受较大的轴向压力,而在桁材腹板上开孔会影响其腹板的屈曲强度.针对这一问题,应用有限元屈曲特征值分析方法对受轴向压力开孔腹板的屈曲载荷进行计算.通过对计算结果的分析,对开孔尺寸和开孔位置对腹板屈曲强度影响的规律进行了归纳,并对腰圆孔和圆孔对腹板屈曲的影响程度做出了比较,对船体结构中腹板开孔尺寸及位置提出了一些建议.     

登船栈桥圆筒体屈曲分析

为研究登船栈桥圆筒体的屈曲性能,对圆筒体进行有限元屈曲分析,并对比屈曲理论分析、特征值屈曲分析和非线性屈曲分析的临界载荷计算结果,验证圆筒体结构的可靠性。研究加筋对圆筒体屈曲的影响,给出圆筒体加筋设计的合理建议。     

含缺陷海底管道横向屈曲理论研究

考虑了初始几何缺陷对管道屈曲临界载荷的影响,基于经典热屈曲理论,推导了平坦海床上裸铺管道横向屈曲临界载荷的理论公式,给出了无限远处管道轴向力的计算公式及临界温度的计算公式。建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,并将有限元结果与解析结果进行了对比,验证了解析公式的合理性。     

带止屈器的复合材料圆柱壳结构屈曲分析及优化

针对海洋工程上的复合材料圆柱壳结构,基于有限元软件ABAQUS,利用Python语言编程实现参数化建模、屈曲分析以及在后处理中提取屈曲因子。研究复合材料圆柱壳结构在单独受到轴向压力、侧向压力以及两种压力组合作用下止屈器的位置对屈曲极限强度的影响,并利用遗传算法多参数优化的方法对止屈器的位置进行优化,最终找到最优解。研究结果可以为复合材料圆柱壳结构抵抗屈曲失效的优化设计提供参考。     

纵环加筋圆柱薄壳的塑性屈曲试验与分析

本文进行了纵环加筋圆柱薄壳在均布外压作用下的屈曲试验和分析研究。采用塑性形变理论和Misos屈服准则，在能量原理基础上导出了壳体简明的屈曲分析公式。给出了四个铝合金模型的屈曲破坏试验结果，描述了模型的破坏特征和破坏过程。试验及数值分析结果表明，在一定参数范围内，壳体将发生总体塑性屈曲破坏，且破坏表现为一个过程，局部屈曲将影响到总体屈曲临界压力。本文提供的总体屈曲简明分析方法具有较好的精度，可供初步设计时使用。     

周期支撑充液管路轴向振动特性分析

基于Timoshenko理论,采用传递矩阵法计算了充液周期结构管路和周期支撑管路轴向振动传递特性,分析了轴向波波数实部、虚部与轴向波传播特性之间的关系。计算表明,轴向周期结构管路与轴向周期支撑管路系统均存在振动带隙,且振动带隙范围与轴向波波数实部、虚部之间一一对应。还分析了单个晶胞长度与支撑刚度对轴向振动带隙的影响。研究结果可为管路系统的振动噪声控制提供有效的技术支撑。     

轴压复合材料蛋形壳屈曲特性

在对模态缺陷条件下轴压复合材料柱形壳进行屈曲分析的基础上,结合仿生学原理对柱形壳进行形状优化,运用等质量、等容积两种方法,设计与柱形壳开口直径相同的蛋形壳,研究其多模态屈曲特性。结果表明:相对复合材料柱形壳,蛋形壳具有更好的轴向承载能力与更低的缺陷敏感度。从工程实例出发,以单立柱固定式海洋平台的柱形壳桩腿为背景,采用分段式模块化设计的方法,在5%多模态缺陷条件下,研究一般钢结构柱形壳桩腿、碳纤维复合材料柱形壳桩腿、碳纤维复合材料多蛋交接形桩腿的轴压屈曲特性。结果表明:在相同的承载能力下,复合材料多蛋交接形桩腿具有更小的质量、更低的缺陷敏感度与更好的稳定性。     

轴压柱形壳非线性屈曲试验与理论研究

本文研究了轴压不锈钢柱形壳的非线性屈曲行为.通过轴向压缩试验,获得柱壳的载荷位移曲线、失稳载荷、最终失稳模式;在此基础上,采用弧长法对试验壳体进行非线性屈曲计算,分析平衡曲线、临界载荷、临界屈曲和后屈曲模式等非线性屈曲行为,并与试验结果作对比研究.结果表明:在柱形壳受轴压而发生弹塑性屈曲时,端部长度缺陷会在轴压初期降低柱形壳的承载力从而影响临界屈曲载荷,且高度越小时,柱形壳越容易在两端发生形变.但是总体来看,发生塑性屈曲时,端部长度缺陷对临界载荷影响很小.     

轴向受冲薄壁圆管的尺度效应研究

在理论研究中,轴向冲击下薄壁圆管的力学特性一般都是采用结构有效利用率和紧致比两个无量纲比值来研究的,由于忽略了圆管的尺度效应,故这种处理过于简单.为使问题处理得更好,这里应用非线性有限元技术,对薄壁圆管受轴向冲击载荷作用进行研究,研究紧致比相同而中径和厚度不同时的动响应力学特性及吸能特性,并根据计算结果分析了圆管的尺度效应.     

小径厚比深水管道的压溃屈曲研究

深水管道所处的特殊海洋环境极易导致其发生压溃屈曲破坏.通过深入分析不同径厚比深水管道的压溃屈曲特点,并对具有不同径厚比及初始椭圆度的深水管道模型进行了压溃屈曲及后屈曲行为的计算分析.研究发现,压溃屈曲的经典理论公式并不适用于小径厚比深水管道.文章基于经典理论和数值模拟结果,得到了适用于小径厚比深水管道压溃屈曲分析的临界压力修正公式,进而对小径厚比深水管道的压溃屈曲评估提供理论支撑和工程推荐.     

正交各向异性圆柱壳在轴向压力作用下的静动态特性分析

依据Flügge壳体理论,分析了正交各向异性圆柱壳在轴向压力作用下的稳定和自由振动特性,详细讨论了壳体几何参数和材料特性参数以及轴向压力对于自振频率的影响,给出了最低频率随L/R变化的包络线.还使用Timoshenko壳体理论进行了比较分析.     

双层圆柱壳在均匀轴压下的屈曲行为

对双层不锈钢圆柱壳在均匀轴压下的屈曲性能进行研究,分别设计、制作和测量了3个名义相同的双层圆柱薄壳,其长径比均为1.7。通过对试样进行轴向压缩试验获得其载荷位移曲线和极限强度,采用弧长法对试样进行非线性屈曲分析,得到平衡曲线和临界载荷并与试验结果进行对比。另外采用数值分析法研究双层圆柱壳的缺陷敏感性,进而推测出一种用于评估双层圆柱壳承载能力的理论公式。结果表明,双层圆柱壳的平均极限强度约为单层的1.85倍,双层圆柱壳是缺陷敏感结构,其缺陷敏感性与内层壳体缺陷敏感性趋于一致,且双层圆柱壳的缺陷敏感性随长径比的增加而降低,试验结果、数值计算和理论预测具有较高一致性。     

均布外压作用下蛋形仿生封头屈曲特性

本文深入研究了304不锈钢制蛋形封头在均布外压作用下的屈曲特性。设计了一种蛋形仿生封头,采用冲压成型技术,制作了5个底部直径160 mm、高121 mm的试验模型;在此基础上,对各模型进行轮廓扫描、超声测厚以及静水压力测试,研究其屈曲载荷和失稳模式;根据扫描和测厚结果,对试验封头进行非线性屈曲数值分析,与试验结果吻合良好。此外,对比分析了蛋形封头和球形封头屈曲特性,表明蛋形封头具有良好的抗压能力,对材料塑性和形状缺陷的敏感性低。