合拢弯矩作用下复合材料曲梁突变屈曲的研究

研究了复合材料曲梁在受到合拢弯矩作用下发生的屈曲情况,并给出一种理论解析方法来分析这种很可能发生在复合材料弯曲结构中的脱层耦合屈曲问题.该方法是基于曲梁大变形理论及断裂力学而提出来的.文中并用该解析方法分析了一个特定的常见的情况,在该题例中脱层发生在非常靠近内表面处并且突变屈曲就发生在该薄脱层.在文中也对脱层裂纹的弧角对极限载荷的影响进行了研究.     

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.     

内外压力作用下复合材料夹芯圆柱壳的 屈曲及面芯分层扩展研究

文章采用有限元方法数值模拟了内外等压载荷作用下复合材料夹芯圆柱壳的稳定性及面板和芯体之间的分层扩展行为。数值研究结果表明夹芯圆柱壳的屈曲临界力与芯体的弹性模量和泊松比、芯体和面板厚度之比、分层大小等因素密切相关,而且在内外等压作用下夹芯圆柱壳的面芯分层在结构失稳前不会发生扩展。文中研究所得结论对潜艇夹芯轻外壳结构设计具有一定的参考价值。     

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.     

含脱层复合材料圆柱壳的振动模态试验分析

对复合材料圆柱壳在自由悬挂的边界条件下进行振动模态试验研究。介绍试验系统的构成及原理,提出试验方案。通过对7件复合材料圆柱壳试件进行系列化的振动模态试验及分析,讨论了不同铺层角度、脱层方式、脱层大小对复合材料结构的固有频率、振型的影响,与理论计算结果相比较,结果比较吻合。     

多腐蚀球形耐压壳屈曲特性研究

研究均匀外压下的多腐蚀球形耐压壳的屈曲.将局部腐蚀简化为球壳上的方形等深减薄,分别研究单腐蚀、双腐蚀并立和双腐蚀叠加3种情况下球壳的稳定性,并在此基础上分析双腐蚀叠加的腐蚀面积、深度和腐蚀位置对承载能力的影响规律.结果表明,双腐蚀叠加球壳的屈曲载荷下降了 33.4％,且腐蚀面积和深度对承载能力的影响高于腐蚀位置对承载能...     

余弦载荷作用下圆锥壳的动力屈曲研究

本文采用数值方法对圆锥壳在余弦载荷作用下的动力屈曲问题进行了探讨.利用非线性几何方程建立了锥壳的基本动力屈曲方程.采用级数展开和伽辽金法等方法对方程进行了简化,使之成为常微分方程.方程的求解则采用龙格库塔法,最后给出临界冲击载荷值.     

复合材料剪切圆柱壳在轴压下的屈曲与后屈曲

给出了非对称正交铺层剪切圆柱壳广义Donnell型大挠度方程,并运用位移型摄动技术构造出该圆柱壳在轴压作用下的后屈曲渐近级数解.为保证边值问题摄动解的一致性,本文研究了边界效应对中短圆柱壳的影响,亦即运用奇异摄动技术详细分析了该圆柱壳端部边界层方程和奇异摄动解.并讨论了横向剪切变形、Batdorf数、弹性模量比和初始几何缺陷对圆柱壳屈曲与后屈曲性态的影响.比较显示,横向剪切变形对圆柱壳的屈曲与后屈曲有重要影响.     

深海逃逸舱耐压球壳结构形状测量及拟合方法

对逃逸舱模型耐压球壳结构的径向初挠度和板厚分布进行测量,推导球面形状拟合算法并编制了Matlab拟合程序,基于激光跟踪仪测得的球壳外表面各点笛卡尔三维直角坐标数据拟合了球面半径、球心位置,计算各点的径向初挠度,并结合各点的测厚数据确定球壳的初始几何形状。利用Matlab绘制球壳初挠度和厚度的彩色分布云图,采用半球模压成型的球壳一般半球顶部区域壳板减薄较多,而赤道附近增厚明显,测点的径向初挠度数据大致服从正态分布规律。     

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.     

计及初挠度的圆柱壳开孔结构极限承载能力研究

主要研究了一致缺陷模态和局部缺陷模态两种初挠度形式对圆柱壳开孔结构极限承载力的影响。在通用有限元软件中建立了相应的模型,对施加了不同缺陷幅值初挠度的圆柱壳开孔结构进行了非线性极限承载计算,分析了开孔区域附近结构的塑性扩展情况,获得了结构对初挠度幅值的敏感度。此外还研究了开孔区域加强构件的几何参数对结构极限承载能力的影响。     

VLOC横撑材结构的屈曲评估及设计参数影响分析

以某超大型矿砂船(Very Large Ore Carrier, VLOC)为例,基于中国船级社(CCS)《矿砂船船体结构强度直接计算指南》和《矿砂船船体结构高级屈曲评估指南》,对VLOC边舱内强框架上典型横撑材结构的柱屈曲、扭转屈曲和组合扭转/柱屈曲强度进行计算分析。针对VLOC横撑材结构的受力特点,通过几种截面形状的比较和对水平桁宽度、面板偏心等相关设计参数的影响分析,对于改善VLOC横撑材截面形状设计和材料选用给出一些指导性的建议。     

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。     

Snap behaviour in the upheaval buckling of subsea pipelines under topographic step imperfection

Pipelines exposed to high temperature and high pressure with a topographic step imperfection are susceptible to the phenomenon of upheaval buckling potentially leading to a hazard for the structural integrity of the pipeline. To analyse this problem we derive analytical upheaval buckling solutions and obtain the locations of maximum displacement and maximum axial compressive stress. We also analyse the typical post-buckling behaviour and its dependence on step height, axial soil resistance and wall thickness. The difference in behaviour between a pipeline with step imperfection and one with a symmetric prop imperfection is discussed. Our results show that a pipeline with a step imperfection is more prone to upheaval buckling than a perfect pipeline. For sufficiently small step heights the pipeline may suffer a snap-back instability under decreasing thermal loading, raising the possibility of hysteretic snap behaviour under cyclic thermal loading (for instance caused by periodic start-ups and shut-downs). The snap-back buckling disappears for large enough step height and the minimum critical temperature difference decreases with increasing step height and wall thickness or with decreasing axial soil resistance. The maximum compressive stress decreases with increasing step height and axial soil resistance or with decreasing wall thickness. A pipeline with step imperfection is safer than one with a symmetric prop imperfection.     

由圆环板正交连接的带纵筋双层圆柱壳弹性屈曲

本文用相邻平衡法建立了均匀外压下的纵横加强的圆柱壳平衡方程,提出了求解板格屈 曲和肋间壳板屈曲理论临界压力的高精度解法。它可以应用于双层和单层两种圆柱壳,能退 化到不带纵筋的圆柱壳,故具有广泛的适用性和较高的精度,并提出了板格失稳和肋间壳板失 稳工程简化计算公式。     

半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构稳定性研究

耐压圆柱壳通常采用环肋加强以提高在静水外压作用下的结构稳定性.本文提出了半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构形式,在理论和模型试验研究的基础上建立了设计计算方法.研究结果表明:半圆环壳型肋骨与耐压壳板有两个连接点,减小了相邻两肋之间的净距离,能较大幅度地提高肋间壳板的稳定性;由于半圆环壳型肋骨侧向稳定性较大,合理设计半圆环壳半径和厚度,增加半圆环面内惯性矩,可以较大幅度地提高耐压壳总体失稳压力.     

侧向土抗力对海洋工程桩压屈稳定性分析

采油平台、外海开敞码头等海洋工程基桩较普通基桩相比,由于其桩身自由长度较长,受环境影响严重,需对其进行屈曲稳定性分析。然而,在以往的研究中,通常只分析基桩自身稳定性,不考虑侧向土抗力的作用,对侧向土抗力的研究也较少,使得计算结果往往偏于保守,不利于正确分析基桩屈曲稳定性。文章运用力学理论,采用Rize能量法,首先推导出了考虑桩侧土抗力的直桩轴压屈曲荷载计算公式,其次就公式与Euler理论不同进行了分析比较,最后就不同情况下侧向土抗力对桩基稳定性提高的影响程度进行了讨论。     

基于固有变形的船用钢薄板对接焊失稳变形的数值分析

在船用钢薄板的焊接过程中,不但会产生常见的焊接变形,也有可能产生焊接失稳变形。本文以焊缝的固有变形为依据,阐明船用钢薄板对接焊失稳变形产生的内在机理;同时,以固有变形为输入参数,通过弹性有限元分析的数值模拟,预测出可能产生的失稳变形模态和变形值;最终,通过四种不同的工艺方法(激光焊、瞬态热拉伸、随焊激冷和间断焊等),来减小固有变形的数值,并控制薄板对接焊接头可能产生的失稳变形。     

考虑筋/板相互作用的环肋圆柱壳屈曲强度分析

环肋圆柱壳是潜艇耐压壳体的一种主要结构形式.环肋圆柱壳的失稳破坏主要表现在肋骨间的壳板失稳和总体失稳.在计算肋骨间的壳板失稳时,传统方法认为肋骨为壳板提供简支边界,忽略了在边界上肋骨和壳板的相互影响.在实际结构中,由于肋骨提供扭转刚度,壳板在与肋骨相交的边界上将存在弯矩,并非自由支持边界.因而,壳板失稳时,筋/板产生相互影响,提高了壳板的屈曲强度.本文的主要目的是,推导考虑筋/板相互影响的环肋圆柱壳壳板屈曲强度的理论计算方法,分析筋/板的相互关系.通过本文的算例表明,本文推导的计算方法以及所编制的计算程序是可靠的,可以用于工程设计.