均布荷载下三角网格圆锥壳的临界屈曲荷载分析

利用统计回归技术和非线性有限元分析,研究三角网格锥壳的屈曲行为,用来分析研究的三角网格锥壳刚度相对均匀、 承受的荷载均匀、边界条件也均匀。同时利用统计回归技术分析节点刚度对临界屈曲荷载的影响。本文编译自美国 TEMCOR公司提供的有关资料。

冷弯型钢房屋墙体立柱临界屈曲荷载能量解

冷弯薄壁型钢低层住宅房屋体系的墙体一般由墙体密立柱、墙面围护材料组成 墙面材料不仅是建筑的需要 ,同时也能在一定程度上对墙体立柱提供有效的支承作用 通过简化推导 ,建立起了考虑墙板的支承效应时墙体立柱的力学模型 ,并在弹性范围内 ,分别利用Rayleigh Ritz法推导出了墙体立柱两端简支、两端固定、一端固定一端自由和一端简支一端固定等 4种典型边界条件下墙体立柱的整体屈曲临界荷载 ,并将其转化成为常规形式的表达式 ,可供设计。

单轴对称截面圆弧拱弹性弯扭屈曲临界荷载

为了研究均布径向压力作用下的单轴对称截面均匀受压圆弧拱的弹性弯扭屈曲临界荷载,为一般荷载作用下压弯钢拱的稳定承载力设计奠定基础,采用平衡法推导得到了均匀受压圆弧拱的面外屈曲临界荷载的理论解。在微元段受力平衡的基础上,建立了任意轴线形状、截面形式的曲线构件的平衡方程,代入截面变形条件、内力与变形条件推导出了单轴对称截面均匀受压两端铰支圆弧拱的屈曲方程,求解得到了保向分布力作用下的弯扭屈曲临界荷载。采用ANSYS有限元数值方法进行了分析比较,研究了截面不对称性、荷载作用位置对弹性弯扭屈曲临界荷载的影响。结果表明:所提出的平衡法推导过程概念清晰明确,所得解析解与有限元数值解吻合较好,具有较高的精度。

轴向均布荷载下弯剪型竖向悬臂杆的屈曲临界荷载简化算法

根据竖向悬臂杆的边界条件、弯曲及剪切屈曲侧移曲线,选取了含有三角函数的表达式来近似表示竖向悬臂杆的弯曲分量和剪切分量,然后利用能量法推导了在轴向均布荷载作用下弯剪型悬臂杆的屈曲临界荷载简化计算公式.通过与有限元计算结果对比,验证了简化算法的可靠性.最后,将本文提出的竖向均布荷载作用下临界荷载计算公式与Timoshenko提出的顶点集中荷载下临界荷载经典理论公式进行对比,发现本文提出的临界荷载计算公式多了一个无量纲的系数,通过参数分析,研究了该系数对公式计算精度的影响.

钢-混凝土混合结构体系屈曲模态判别标准及临界荷载简化算法

为了研究核心筒支撑作用对屈曲模态和屈曲临界荷载的影响,建立了钢-混凝土混合结构体系简化力学模型,并在大量有限元分析的基础上,研究了钢-混凝土混合结构体系中框架和支撑两部分之间的相对强弱关系对屈曲模态的影响。根据屈曲模态不同,将钢-混凝土混合结构体系划分为4种类型,归纳出可靠的屈曲模态判别标准,并提出了与各类屈曲模态对应的临界荷载简化算法。研究结果表明:该简化算法计算结果准确、可靠,可供设计人员采用。

均布压力下弯剪型悬臂柱屈曲临界荷载算法

为了得到弯剪型悬臂柱的屈曲临界荷载,通过将横向均布荷载作用下悬臂柱的弯曲变形曲线和剪切变形曲线作为其在均布压力下的挠度曲线,用能量法推导了弯剪型悬臂柱的屈曲临界荷载计算公式.将推导的公式与弯曲型悬臂柱屈曲临界荷载公式对比,发现弯剪型公式仅比弯曲型公式多了一个无量纲修正系数,对系数进行了拟合得到了更为简便的公式.与有限元结果相比,所推导和拟合的公式精度很高,且形式简单,应用方便.

基于等效刚度的蜂窝梁弯扭屈曲临界荷载计算方法

蜂窝梁是在梁腹板上开有连续规则孔洞的一种钢梁,腹板开孔后对其抗侧刚度有较大的削弱,因此整体稳定性能是蜂窝梁的重要问题。基于能量法推导出实腹梁弯扭屈曲临界荷载的计算式,采用等效刚度的方法,通过等效侧向抗弯刚度、等效翘曲刚度和等效扭转刚度推导了蜂窝梁的弯扭屈曲临界荷载的计算式。其次,考虑蜂窝梁截面尺寸、跨度、开孔率和距高比的影响,采用有限元方法对圆形孔和六边形孔蜂窝梁的弯扭屈曲进行了分析,得到了蜂窝梁弯扭屈曲临界荷载的变化规律,并验证了蜂窝梁弯扭屈曲临界荷载计算式的正确性,可为蜂窝梁的整体稳定设计提供参考。

几何参数对预应力波纹钢腹板连续箱梁屈曲荷载的影响研究

为了防止预应力波纹钢腹板连续箱梁发生屈曲破坏,文中以某大桥为工程背景,通过空间有限元法分析了预应力波纹钢腹板连续箱梁在各种腹板尺寸参数下,钢腹板屈曲临界荷载的变化.计算结果表明:腹板折叠角越大,波纹钢腹板箱梁屈曲临界荷载越大;腹板越厚,屈曲临界荷载随厚度的增大而呈抛物线形的增加幅度越大;腹板倾斜角越大,屈曲临界荷载随倾斜角的增大逐渐增大而近似呈线性变化;腹板越高,屈曲临界荷载随着腹板高度的增大而减小.因此,合理选择腹板的几何尺寸对预应力波纹钢腹板箱梁桥的屈曲稳定起着重要的作用.

轴向荷载下功能梯度材料圆柱壳的动力屈曲

基于Donnell壳体理论和经典板壳理论,利用Hamilton变分原理得到轴向荷载作用下材料属性呈幂律分布的功能梯度材料圆柱壳的动力屈曲控制方程。根据圆柱壳周向连续性设出径向位移的函数表达,利用分离变量法求解得到功能梯度材料圆柱壳在轴向荷载作用下的动力屈曲临界荷载的解析表达式和屈曲解。利用MATLAB软件编程计算,讨论了径厚比、梯度指数、环向模态数、轴向模态数等对功能梯度材料圆柱壳动力屈曲临界荷载的影响。结果表明:圆柱壳的临界荷载随临界长度的增加而减小;冲击端为夹支的临界荷载比冲击端为简支的临界荷载大,说明约束条件对临界荷载有较大影响;圆柱壳的临界荷载随着模态数的增加而增大,说明临界荷载越大,高阶模态越易被激发;屈曲模态图随着模态数的增加而复杂化。

微分求积法在计算功能梯度Timoshenko梁临界荷载中的应用研究

提出了一种改进型等比数列布点方式研究轴向功能梯度Timoshenko变截面梁的屈曲临界荷载。首先基于Timoshenko梁理论,建立了求解功能梯度材料Timoshenko变截面梁屈曲临界荷载的变系数常微分方程,由微分求积法理论将其转化为标准型的广义代数特征值问题,再采用QR法求解该代数特征方程组,可一次性地计算出轴向功能梯度Timoshenko变截面梁的屈曲临界荷载。数值计算结果表明:当梁上区间单元划分段数N取28时,采用改进型等比数列布点方式和切比雪夫多项式根布点方式时,由微分求积法(DQM)获得的屈曲临界荷载数值解计算精度等价且与实际值完全吻合,证明了本文方法的可行性和计算精度;当N取8和12时,采用切比雪夫多项式根作为布点方式的计算值与实际值误差较大甚至失真,而采用等比数列变步长布点方式时,公比q为控制算法精度的控制参数,通过调整公比q可获得精确值,相对于切比雪夫多项式根作为布点方式,这一优势十分明显。

弹性地基上Euler-Bernoulli梁的临界荷载计算

研究运用微分求积法(DQM)求解了弹性地基上功能梯度Euler-Bernoulli梁的屈曲临界荷载。首先基于Euler-Bernoulli梁理论,将弹性地基上功能梯度Euler-Bernoulli梁临界荷载的计算转化为一组变系数常微分方程的特征值问题,由微分求积法可以一次性地计算出Euler-Bernoulli梁的临界荷载。梁上离散节点采用非均匀等比数列和切比雪夫多项式的根两种布点方式,根据微分求积法计算梁的屈曲临界荷载时,二者的计算精度等价,且计算值与已有文献结果完全吻合,证明了微分求积法求解弹性地基上Euler-Bernoulli梁临界荷载的可行性和精确性。

功能梯度梁临界荷载与固有频率的微分求积法计算

运用微分求积法(DQM)研究了轴向功能梯度变截面Euler-Bernoulli梁的屈曲临界荷载和固有频率,以及轴向荷载对功能梯度变截面梁固有频率的影响。首先基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了求解功能梯度材料Euler-Bernoulli变截面梁屈曲临界荷载和固有频率的变系数常微分方程;然后基于微分求积法原理将梁的变系数常微分方程的特征值问题转化为一组线性代数方程组的特征值问题;再由QR法计算获得功能梯度变截面梁的屈曲临界荷载和固有频率。数值计算结果表明,采用等步长均匀网格时,微分求积法计算数值不稳定甚至失真,而用变步长非均匀网格获得计算值精度较高,如切比雪夫多项式的根作为离散节点分布形式;研究还表明,轴向拉力使梁的固有频率增大,压力使梁的固有频率减小,当第1阶固有频率为零时,对应的轴向压力即为梁的屈曲临界荷载。

复杂地基反力模式下高承台嵌岩灌注桩的屈曲稳定分析

为探讨桩侧地基土反力对高承台嵌岩灌注桩桩身屈曲稳定的影响,假定地基反力系数呈更为复杂的幂分布,基于弹性地基梁理论建立桩土体系总势能方程,采用最小势能原理,导出了桩身屈曲临界荷载与稳定计算长度的解析解,并据此获得了地基反力系数分布模式、桩身自重及桩侧摩阻力等对桩身屈曲稳定的影响规律。工程应用分析结果表明,考虑地基反力系数为一般幂分布时,桩身屈曲分析结果更趋合理。

肋环型顶盖屈曲影响因素分析及稳定承载力计算

选取36种结构形式的基本模型,采用弧长法对以第一阶屈曲模态作为初始形态的结构进行非线性屈曲分析,探讨边界条件、初始缺陷、矢跨比和截面尺寸对结构屈曲性能的影响。通过分析曲率半径、等效薄膜厚度和等效弯曲厚度与临界屈曲荷载之间的量化关系,采用最小二乘法拟合肋环型加劲浅球壳临界失稳式,分析并选取安全系数,得到稳定容许承载力标准值计算式。

高承台嵌岩灌注桩屈曲稳定分析的能量法统一解及工程应用

为探讨桥梁工程中高承台嵌岩灌注桩的屈曲稳定特性,假定桩侧地基反力系数呈非线性的幂分布,基于弹性地基梁理论建立桩土体系总势能方程,采用最小势能原理导得桩身屈曲临界荷载与计算长度统一法解答,并据此讨论了地基反力分布、桩身自重、桩侧摩阻力及桩顶自由长度等对桩身屈曲稳定的影响规律。工程应用结果表明,考虑地基反力的复杂分布时,桩身屈曲分析结果更趋合理。

基于满足多边界条件基函数的微分求积法及其应用

提出了一种由基函数来处理梁边界条件的改进微分求积法(MDQM).在构造挠度函数时,通过多次积分来满足梁的所有边界条件,进而利用此函数计算微分求积法中的加权系数矩阵,解决了通过多项式测试函数计算该系数矩阵时难以在同一个点运用多个边界条件的问题.为了研究该方法在梁的各类分析中的应用,首先构造了2类梁在各种边界条件下对应的挠度基函数,再根据Euler-Bernoulli梁振动理论和稳定性理论,基于微分求积法将计算梁的固有频率问题和临界荷载问题转化为求解矩阵特征值的问题,并将结果与精确解进行比较.此外,还根据理想弹塑性梁的平面弯曲理论,利用该方法计算了梁在各种边界条件下的弹塑性位移,并将结果与其他方法对比.结果表明,所提方法对于梁的稳定性分析、固有频率分析及弹塑性分析都具有较高的计算效率和精度.

考虑缺陷的大型风力机塔筒屈曲分析与稳定性设计

介绍了风力机塔筒在多荷载联合作用下临界屈曲荷载的工程算法与有限元分析方法,并以某5 MW风力机塔筒为研究对象,对比分析不同方法得到的临界屈曲荷载。计算结果表明,线性屈曲分析由于未考虑非线性因素的影响,得到的临界屈曲荷载偏大,而非线性屈曲分析与工程算法得到的计算结果相近。根据计算结果得出,相关标准提出的工程算法存在一定的局限性,在实际验算中需采用有限元方法进行辅助分析,同时提出一种考虑初始缺陷的非线性屈曲分析方法。

功能梯度圆柱壳的屈曲问题

功能梯度材料是21世纪最有发展前景的新型材料之一,通过材料组份的梯度变化使其具有特殊的力学、热学特性。近年来,功能梯度材料与结构的研究已引起国际学术界广泛关住。对功能梯度圆柱壳的屈曲问题进行了研究。建立了功能梯度圆柱壳的几何方程、本构方程、平衡方程,得到了该圆柱壳的临界屈曲荷载,并对产生屈曲的因素进行了分析讨论。

变截面桩的屈曲分析

以锥形桩为例,用能量法对变截面桩的屈曲问题进行了深入研究.首先建立了锥形桩的力学分析模型,并通过选取适合于边界条件的桩的合理挠曲位移函数,导出了系统总势能的表达式;然后利用最小势能原理推导了锥形桩屈曲临界荷载的计算公式.大量计算表明,在其他条件相同的情形下,变截面桩较普通等截面桩稳定性好,且锥形变截面桩存在一最不利桩长,在设计桩长时,应避开此最不利值.

轴向功能梯度Timoshenko变截面梁的屈曲分析

运用插值矩阵法研究了不同边界条件下轴向功能梯度材料变截面Timoshenko梁的屈曲性能问题。基于Timoshenko梁基本理论,将轴向功能梯度变截面Timoshenko梁临界荷载的计算转化为一组变系数常微分方程特征值问题,然后运用插值矩阵法可一次性地计算出轴向功能梯度变截面梁在不同边界条件下的屈曲临界荷载。当区间划分点数n为80时,在不同的边界条件下均质材料等截面Timoshenko梁量纲为一的临界荷载的本文计算值与解析解有7位有效数字相同,轴向功能梯度Timoshenko锥形梁量纲为一的临界荷载的本文计算值与已有文献计算结果有3~5位有效数字相同,数值计算结果表明了本文方法的有效性和较高的计算精度。同时,本文方法可获取相应的挠度模态函数,而且对于材料梯度函数和截面几何轮廓的具体形式无任何限制条件。