微曲率壳板横向失稳临界载荷计算方法

微曲率壳板广泛存在于舰船结构中,在壳板静力学性能试验中发现了“跳跃”失稳现象。为了能够对微曲率壳板横向承载失稳的机理进行探究,本文以船体微曲率壳板结构横向承载失稳问题为工程背景,探讨壳板临界失稳载荷的预报方法。基于铁木辛柯曲梁理论与薄板大挠度弯曲理论,对单向微曲率壳板结构的横向承载问题开展理论分析,求解壳板的临界失稳载荷;基于Riks弧长法,对单向微曲率壳板的横向承载稳定性进行数值仿真,通过载荷比例因子曲线获取壳板的临界失稳载荷,并且发现仿真与理论计算结果吻合度较好。结果表明:微曲率壳板结构在承受横向载荷时会出现“跳跃”失稳现象,该现象与曲率半径相关,半径越小,发生“跳跃”失稳的临界失稳载荷的几率越高;在壳板曲率半径相同的情况下,矩形壳板的长宽比对临界失稳载荷影响不明显;针对曲率半径为4000~6000 mm的壳板,提出的临界失稳载荷预报公式具有较高准确性。

双金属衬里复合管内衬弹塑性失稳有限元分析

采用数值模拟的方法建立了含初始缺陷的受限衬管失稳力学模型,重点研究了受限衬管的临界失稳载荷和后屈曲构型之间的相互作用行为,并讨论了临界失稳载荷的缺陷敏感性,最后通过试验验证了仿真结果的计算精度。结果表明,相对于衬管半径1%幅度的内衬不圆度缺陷会使内衬的临界失稳载荷下降约65%;在相同的初始椭圆度缺陷δ_(0)前提下,随着内衬径厚比的增大,其临界失稳载荷不断减小;复合管内衬临界失稳载荷的有限元计算结果与试验结果的相对误差为1.82%。建立的平面应变有限元力学模型不仅可以准确求解出受限内衬的临界失稳载荷,还能够大量节约试验成本。

整体壁板压弯成形筋条失稳预测与分析

为实现整体壁板压弯成形中筋条失稳的预测,以典型截面形状的I型筋条试件压弯失稳为例,对筋条边界条件作不同假设,建立3个不同的筋条失稳模型。基于能量法、弹塑性力学和数值解析,计算3个筋条失稳模型的临界失稳载荷,并与试验结果对比,确定最佳的筋条失稳模型。结果表明,视筋条对边为简支约束、底部为固支约束的失稳模型,其求得的失稳临界载荷与试验结果吻合较好。该失稳模型可以对高筋整体壁板压弯成形中的筋条失稳进行合理的预测。

含体积型缺陷加筋球壳拱顶的稳定性分析

当大型储罐拱顶出现体积型缺陷时,最常见的破坏形式是拱顶外压失稳破坏。因此,针对含体积型缺陷的加筋拱顶,对其缺陷发生的最不利位置及拱顶稳定性进行了大量的有限元计算,提出了含缺陷加筋拱顶临界失稳载荷的实用计算公式,以供建立含缺陷加筋拱顶的安全评定方法参考。

静水压力下纤维缠绕圆柱壳体的稳定性分析

为更清楚地认识静水压力作用下纤维缠绕圆柱壳体的耐压特性、解决深海耐压舱体的结构稳定性问题以及给工程设计提供参考,有必要对纤维缠绕圆柱壳体的结构稳定性进行深入研究。在弹性薄壳理论的基础上,推导出纤维缠绕圆柱壳体稳定性控制方程,采用Galerkin方法求解纤维缠绕圆柱壳体受静水压力作用下的临界失稳载荷。以正交缠绕、金属-纤维缠绕复合结构、斜交缠绕等几种形式的壳体结构为对象进行解析,并与实验结果对比,验证了求解的有效性和正确性。在此基础上,建立了基于遗传算法与解析方案一体式的优化平台,对[(±θ)12],[(±θ1)x/(±θ2)12-x]及[(±θ1)4/(±θ2)4/(±θ3)4]缠绕形式的圆柱壳体进行优化设计,研究纤维缠绕角度、对应层数及设计变量个数对临界失稳载荷的影响。结果表明,纤维缠绕角度对临界失稳载荷有显著影响,通过数值优化稳定性分别提高31.31%,43.25%及57.17%;随着角度变量的增加,优化得到的临界失稳载荷越大,最优可提高57.17%。

固体火箭发动机锥形壳体外压稳定性分析

通过外压屈曲计算及外压试验,研究了某固体火箭发动机锥形壳体的外压稳定性。通过外压屈曲计算,得到了壳体的外压临界载荷、屈曲失稳波形、轴向位移以及径向位移随外压载荷的变化规律。对带加强环壳体也进行了外压稳定性分析。对比计算结果发现,虽然壳体的外压承受能力较低,但加强环可有效地提高壳体的外压承载能力。之后,还分析了在加强环总长度不变的情况下,不同加强环分布形式壳体的外压承载能力,得出均布4个加强环的壳体为较优选择。壳体的外压试验所得临界外压载荷与计算结果较吻合。

热采水平井完井筛管参数对管柱稳定性影响研究

为研究热采过程完井筛管参数对热采水平井完井筛管柱稳定性的影响,引入压杆失稳欧拉公式。以热采井H03-Y5井为例,通过ANSYS软件建立三维有限元模型,分析热采过程中孔密、孔径和壁厚等筛管参数变化对筛管完井管柱的稳定性影响。研究结果表明:在热采井H03-Y5热采过程中,完井筛管受轴向载荷作用时,发生3阶失稳破坏的载荷要远大于1、2阶破坏载荷;临界失稳载荷值随着筛管孔密和壁厚变化呈正相关,与筛管孔径呈负相关;为保证水平段套管柱的稳定性,需要在完井时增加筛管孔密、减小孔径或选用较大壁厚筛管。根据开孔套管特征及有限元计算结果,推导出开孔套管随孔密和孔径变化时的整体失稳临界载荷计算公式,该公式具有良好的适用性。研究结果可为热采过程中筛管柱的设计和失效预防提供参考和依据。

开口复合材料层合板稳定性补强研究

开口复合材料层合板不但降低结构强度,而且对稳定性有严重影响。用线性特征值法研究不同开口尺寸下层合板轴压稳定性,并采用翻边补强、单边贴片补强、双边贴片补强和中心圆环补强等几种方案来提高开口层合板稳定性。在补强结构增加质量相同的情况下比较各种方案的失稳临界载荷,得出稳定性补强较好的方案。通过研究下陷角度、下陷深度、补强片厚度等参数对稳定性的影响,得到补强参数较好的设计范围。

带橡胶球铰的车用推力杆稳定性分析

车用推力杆在极限承载下会发生忽然弯曲而导致结构失稳破坏,影响车辆运行安全.本文对车用推力杆的稳定性进行了分析,建立了带橡胶球铰的失稳临界载荷数学模型,通过对推力杆屈曲模态的分析,进一步验证了该模型的可行性.由于考虑了球铰弹性支撑的作用,该计算方法更具有指导意义和工程价值.

环式叠层型橡胶弹簧稳定性及优化设计技术研究

对叠层橡胶弹簧在垂向载荷下的稳定性进行了分析,针对叠层橡胶弹簧的结构特点,在建立参数化有限元模型的基础上,通过叠层橡胶弹簧的结构和性能参数对失稳状态下横向偏移量的灵敏度分析,确定了敏感设计变量。以横向偏移量最小为优化目标,实现了叠层橡胶弹簧垂向稳定性的优化设计。

预冷器在水压试验中管板严重变形原因

为确定高压原料天然气预冷器在水压试验中严重变形的原因,利用ANSYS得到受接触约束的换热管的临界失稳载荷,并将换热管简化为非线性弹簧单元,完成预冷器在换热管失稳后的水压试验过程的数值模拟。数值结果与水压试验数据吻合良好,表明换热管的失稳是水压试验中管板严重变形的主要原因。研究成果可为改进预冷器的设计提供参考。

中、高含水期抽油井杆柱组合分析

在有杆抽油系统工作过程中,抽油杆柱的合理设计是非常重要的。通过分析吐哈油田几个采油厂目前抽油井杆柱使用状况,从杆柱受力理论与实际计算两方面入手,对各厂的杆柱设计及应力校核进行了分析与评价,认为目前杆柱设计是基本满足现场生产的需要;同时也提出目前杆柱设计中存在的不足,并提出相应的建议和技术对策。

双金属衬里复合管内衬塌陷失稳三维有限元研究

针对双金属衬里复合管的内衬塌陷失稳问题,建立了三维有限元力学模型,研究了受限内衬临界失稳载荷与后屈曲构型之间的相互关系,并将计算结果与二维平面应变有限元模型的计算结果进行了对比,最后通过实物实验评价了两种模型的适用性。结果表明:使用三维有限元模型计算的临界失稳载荷值与实验结果的相对误差为1.33%;衬管的临界失稳载荷值是缺陷敏感的,0.6%的不圆度缺陷会使其临界失稳载荷下降约50%;二维模型与三维模型(长径比L/D>6)计算的受限内衬的临界失稳载荷值几乎无误差,但对于计算衬管的临界坍塌扩展传播压力Ppc,三维模型的计算结果更接近实验结果。建立的三维有限元力学模型可以准确地求解受限内衬的临界失稳行为,为双金属衬里复合管的内衬止屈设计、保证集输系统安全运行提供了理论依据。

联合收割机用柴油机曲轴模态与屈曲响应分析

针对联合收割机用柴油机曲轴在运行中会发生异常磨损问题,在曲轴设计时考虑振动对曲轴使用性能的影响,以及加减速对曲轴结构产生屈曲响应,利用三维软件UG建立了发动机模型,并运用NASTRAN有限元分析软件对发动机曲轴进行了模态分析和屈曲响应分析,对曲轴振动特性进行了测试。结果表明：模态分析得到曲轴前4阶模态频率为253.5～652.8Hz,有效避开了发动机工作时的激振频率;屈曲响应分析得到曲轴前10阶失稳临界载荷;曲轴振动特性测试值为联合收割机选配发动机提供了参考。

运8发动机支架撑杆压稳试验研究

针对运8飞机发动机支架的上中撑杆，对存在不同初始弯曲度和局部压痕的圆管作轴向压载稳定性试验，试验中采用实时的应力增长速率分析法，在撑杆材料的弹性变形范围内，准确测定各撑杆的压载临界失稳载荷。