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。     

静水压力下复合材料夹层圆柱壳承载特性分析

本文基于有限元软件Abaqus,采用三维内聚力单元模拟蒙皮与芯层界面,建立静水压力载荷下复合材料夹层圆柱壳极限承载能力预报方法,数值计算与试验结果吻合较好,验证数值模型和计算方法的准确可行性。进而,研究了浮体/吸声混合芯材夹层复合材料圆柱壳芯层模量对承载特性的影响,并基于Isight与Abaqus集成运算,以提高临界失稳载荷为优化目标,对深水静压作用下的复合材料夹层圆柱壳表层缠绕方式进行优化设计,得到最优表层缠绕角度。研究结果对复合材料夹层圆柱壳的水下应用与研究有一定参考价值和指导作用。     

纤维缠绕复合材料夹层圆柱壳局部刚度特性分析

为探究缠绕工艺引起的纤维交叉起伏对结构局部刚度的影响,本文以湿法缠绕工艺成型的夹芯复合材料圆柱壳为研究对象,通过开展深水静压试验,采集典型区域的32个典型测点应变,得到载荷—应变规律曲线,分析了夹层复合材料缠绕圆柱壳在深水环境下的应力应变状态。研究表明:缠绕工艺导致圆柱壳表层应变呈非均匀周期性分布,环向交叉起伏及螺旋交叉起伏造成结构局部刚度降低,比层合区刚度低约33.4%。     

外压作用下带初挠度加筋圆柱壳极限载荷及变形研究

加筋圆柱壳的承压分析包含极限载荷和后屈曲变形,对这二者进行准确预报是加筋圆柱壳在建造完工后的重要一环。通过实测初挠度建立了反映加筋圆柱壳真实几何形状的有限元模型,在ABAQUS中使用弧长法获得了加筋圆柱壳在外部静水压作用下的极限载荷值,采用弧长与Dynamic/explicit相结合的途径模拟了加筋圆柱壳在外压作用下的后屈曲过程,并获得最终变形。通过与试验结果对比,得出上述数值方法准确可靠,计算结果更加符合客观实际,可以推广到工程应用中。     

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。     

基于近似模型技术的复合材料耐压壳性能研究

基于纤维增强复合材料具有高比模量,高比强度的特点,提出内部环肋金属内衬外部缠绕复合材料的潜水器耐压壳结构形式,结合有限元方法和近似模型技术对该种结构形式的耐压壳进行研究。得到复合材料加强纤维的含量与耐压壳结构性能参数的关系以及不同铺层角对耐压壳临界失稳压力的影响,为该种形式复合材料耐压壳的设计提供设计依据。     

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。     

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.     

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。     

超空泡运动体圆柱薄壳屈曲可靠性分析

在水下高速运动的超空泡运动体,其所受轴向力非常大,容易发生结构屈曲问题.考虑到结构自身参数的不确定性,有必要对运动体结构进行屈曲可靠性分析.首先给出超空泡运动体圆柱薄壳舱段的受力模型,并运用半解析有限元法得到临界屈曲载荷.然后建立圆柱薄壳舱段屈曲安全余量函数,给出了临界屈曲载荷隐函数形式的敏度表达式,再用有限步长迭代法求屈曲可靠性指标.最后,通过算例分析了不同空化器锥角时的圆柱薄壳舱段屈曲可靠性指标随速度的变化趋势.     

船舶复合材料加筋板屈曲和后屈曲行为研究

基于数值方法和有限元计算对船用复合材料加筋板进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,探究危险载荷工况下加筋板的屈曲模态、临界屈曲载荷和后屈曲极限承载能力。考虑复合材料加筋板的基体失效、剪切失效和纤维失效,采用Hashin失效准则和动力显式分析方法进行非线性屈曲分析。分析结果表明:临界屈曲载荷、屈曲/后屈曲行为以及极限承载能力等与试验结果吻合较好,复合材料加筋板的极限承载能力约为临界屈曲载荷的5.4倍。通过参数化研究,分析了铺层角度、厚度以及加筋板间距对船舶复合材料加筋板屈曲和后屈曲行为的影响程度,为复合材料船体结构的力学行为评估、设计应用等提供一种有效参考。     

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.     

复合材料圆柱壳的稳定性及其优化设计

本文分别利用一阶剪切理论和Reddy高阶剪切理论计算了考虑横向剪切变形影响的复合材料层会圆柱壳的线性失稳载荷和几何非线性失稳载荷。分析了壳体的几何参数、铺层数、铺层角、半径厚度比值对失稳临界行值的影响。铺层的优化设计中利用随机试验法与可变容差法相结合，计算了寻求临界行值最大的铺层角最优问题，并利用约束非线性混合离散变量优化程序对铺层角为离散值的情况进行了优化。碳纤维环氧树脂圆柱壳模型试验表明本文计算结果是可靠的。     

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。     

复合材料圆柱壳的稳定性及其优化设计

本文利用一阶剪切理论和Reddy高阶剪切理论计算了考虑横向剪切变形影响的复合材料层合圆柱壳的线性失稳载荷和几何非线性失稳载荷。分析了壳体的几何参数、铺层数、铺层角、半径厚度比值对失稳临界荷值的影响。在铺层的优化设计中利用随机试验法与可变容差法相结合,探讨了寻求临界荷值最大的铺层角最优化问题,并利用约束非线性混合离散变量优化程度对铺层角为离散值的问题进行了优化。碳纤维环氧树脂圆柱壳模型试验表明本文计算结果是可靠的。     

复合材料圆柱壳声目标强度数值分析

为研究复合材料圆柱壳的声散射特性,本文基于有限元法,并结合AML技术,计算并分析水下空气背衬条件下复合材料圆柱壳铺层角度、纤维层数和壳厚比对复合材料圆柱壳声目标强度(TS)的影响规律。结果表明:低中频时,圆柱壳铺层角度对TS影响较大;高频时,铺层角度对TS影响趋于一致;纤维层层数对TS影响不大;一定范围内,壳厚比越小,声目标强度值越小。     

复合材料圆柱壳声目标强度数值分析

为研究复合材料圆柱壳的声散射特性,本文基于有限元法,并结合AML技术,计算并分析水下空气背衬条件下复合材料圆柱壳铺层角度、纤维层数和壳厚比对复合材料圆柱壳声目标强度（ TS）的影响规律。结果表明：低中频时,圆柱壳铺层角度对TS影响较大;高频时,铺层角度对TS影响趋于一致;纤维层层数对TS影响不大;一定范围内,壳厚比越小,声目标强度值越小。     

静水压作用下半圆环壳的非轴对称屈曲

本文根据Ｂ．Ｂ．诺沃日洛夫~［１］薄壳理论,应用圆环壳稳定性控制方程,采用幂级数法求解 了静水压作用下半圆环壳非轴对称屈曲问题的屈曲载荷及屈曲模态。     

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.