Euler型梁-柱结构的非线性稳定性和后屈曲分析

在有限变形的假设下,建立了位于非线性弹性基础上非线性弹性Euler型梁-柱结构的广义Hamilton变分原理,并由此导出了任意变截面Euler型梁-柱结构的3维非线性数学模型,其中考虑了转动惯性、几何非线性、材料非线性等因素的影响.作为模型的应用,分析了弹性基础上一端完全固支另一端部分固支,并受轴力作用的均质等截面线性弹性Euler型梁的非线性稳定性和后屈曲;结合打靶法和Newton法,给出了一种计算平凡解(前屈曲状态)、分叉点(临界载荷)和分叉解(后屈曲状态)的数值方法,对前两个分支点和相应分支解,成功地实现了数值计算,并考虑了基础反力和惯性矩对分支点的影响.

基于有限元的机翼加筋盒段后屈曲分析

加筋结构的承载能力是飞机设计中的重要内容,为预估加筋壁板结构承载能力,应解决材料的屈曲问题。关键问题就是考虑材料和几何双重非线性的后屈曲分析。采用MSC.NASTRAN软件利用弧长法对机翼加筋盒段进行了后屈曲仿真分析,得到了加载点的载荷-位移曲线和变形云图,进而获得了结构的破坏载荷和破坏模式。并利用试验数据进行了对比验证,仿真分析结果与上述对比符合的很好,破坏载荷误差在3%以内。研究结果为工程结构后屈曲设计和分析提供一定的参考。

基于有限元的加筋板结构后屈曲分析方法研究

加筋板结构的承载能力计算是飞机设计中的重要内容,采用后屈曲分析技术的关键在于准确模拟结构刚度变化。基于有限元从结构简化、单元选取、材料属性和求解流程选取方面对加筋壁板后屈曲建模分析方法进行了介绍,并基于一系列加筋壁板和加筋盒段对方法进行了验证。验证结果表明计算的破坏形式和破坏载荷与物理试验结果符合的很好,破坏载荷误差在10%以内,证明了方法的准确性和工程实用性。文中的工作可为加筋壁板结构后屈曲分析提供一些有益的建议。

三维编织复合材料圆柱壳的扭转后屈曲分析

随着三维编织复合材料应用的日益广泛,且由于三维编织复合材料的优异性能是与细观结构密切相关的,深入研究其细观结构显得尤为重要。本文通过研究三维圆型编织中所形成的空间纱线交织结构的特征,给出改进的三胞结构单胞模型,通过单胞的组装和变换,得到编织预制件的整体力学性能模型。基于Reddy高阶剪切变形理论导得广义Kármán型大挠度方程,计及边界层效应,采用奇异摄动法,考虑非线性前屈曲、大挠度和初始几何缺陷的影响,给出三维四向编织复合材料圆柱壳在扭转载荷作用下的严格满足边界条件的大挠度渐近解,讨论了纤维体积含量、编织角和几何参数等因素对圆柱壳屈曲和后屈曲行为的影响。

两端弹性支承夹紧杆的后屈曲分析

本文主要讨论两端弹性支承夹紧杆的后屈曲行为与支承刚度的依赖关系.研究表明:存在一个由杆的长度以及抗弯刚度决定的支承刚度的阈值,当支承刚度不超过该阈值时,屈曲荷载是简单的,随着支承刚度的增加而增加,且除了从零开始的一个很小的基础刚度范围外,所有分岔点以及由此产生的后屈曲平衡路径皆是不稳定的;而当支承刚度超过该阈值时,杆的屈曲荷载与两端刚性支承夹紧杆的相同,相应的分岔点及由此产生的后屈曲平衡路径皆是稳定的.于是,在支承刚度阈值以下的太范围内,杆的屈曲荷载对缺陷将是敏感的.

曲杆单元铰接单层网壳弹塑性后屈曲分析

基于曲杆单元应力-弦长关系和矩阵微分理论,推导出曲杆单元在弹性与弹塑性状态下的切线刚度矩阵精确公式。研究构件取理想弹塑性材料,结构支座取固定铰支座和可动铰支座2种约束情况,考虑构件具有初弯曲,采用曲杆单元切线刚度矩阵和广义位移控制法,取结构自重为参考荷载,对节点铰接的K8大跨单层网壳结构进行弹塑性后屈曲分析。结果表明:曲杆单元切线刚度矩阵公式精确性很高,可有效用于大型铰接单层网壳弹塑性后屈曲分析。

具脱层的正交铺设圆柱壳的初始后屈曲分析

基于非线性弹性理论,建立了含脱层正交铺设圆柱壳的后屈曲控制方程,应用Koiter初始后屈曲理论和小参数摄动法,导出了系统的一阶和二阶摄动控制方程,以及相应的边界条件、位移连续条件和力平衡条件,然后逐阶求解.算例中,讨论了不同脱层深度和长度对脱层复合材料圆柱壳屈曲和初始后屈曲特性的影响,并与已有文献进行了比较.

榫卯式满堂支撑体系承载力试验及非线性后屈曲分析

简要介绍了新型榫卯式满堂支撑体系,实施了11个高度超过8 m足尺原型试验。定量地分析了立杆间距、横杆步距在有无剪刀撑的情况下对支撑体系极限承载力影响规律及竖向剪刀撑对支撑体系的极限承载力的影响。基于试验结果建立了包括节点半刚性、节点刚性的两种相对精细化的有限元分析模型并进行了考虑初始缺陷的非线性后屈曲分析。与试验结果进行比较,得出半刚性模型的有效性及节点刚性模型相对于工程实践偏于不安全的结论。在有限元分析中发现节点半刚性和节点刚性模型的荷载随位移变化规律截然不同,得出此种变化规律能够更好地反映结构的刚度特性和失效模式的结论。

两端弹性支承铰支杆的后屈曲分析

本文探讨支承刚度的变化对两端弹性支承铰支杆的后屈曲行为的影响。我们给出杆从其简单分岔点及复合分岔点产生后屈曲平衡路径的构形，并分析它们的稳定性。结果表明，当支承刚度涉于或等于其阈值（那里复合屈曲发生）时，所有分叉点及相应的后屈曲平衡路径皆是不稳定的，而当支承刚度超过该阈值时，相应的分叉点及后屈曲平衡路径是稳定的。

直升机复合材料框梁凸缘后屈曲分析

先进复合材料在直升机框梁等主承力结构的稳定性设计中得到广泛应用。复合材料结构稳定性设计的关键在于后屈曲分析,即受压结构能够承受超过其初始屈曲载荷的能力。本文以L型复合材料凸缘为例,通过开展L型复合材料凸缘压缩稳定性试验,获得后屈曲破坏载荷,与应用修正前、后的理论分析模型获取的计算值对比分析。验证了开展修正基于线弹性理论的分析模型的必要性,确定了直升机复合材料框梁凸缘后屈曲载荷计算的理论分析模型。

外压作用下圆锥壳的后屈曲分析

采用koite理论,在文[2]的基础上,对外压作用下圆锥壳的后屈曲性态进行分析计算。

复合材料加筋屈曲数值分析研究

应用有限元分析技术,采用ABAQUS有限元计算软件研究了加筋在受压状态下的线性屈曲和非线性后屈曲行为,给出了分析屈曲以及后屈曲的方法,并且做了一些不同条件的研究。考虑了不同单元类型对特征值屈曲分析临界载荷的影响,并比较了不同单元、不同边界条件在非线性后屈曲分析下加筋的临界屈曲载荷与承载能力。单元类型对线性屈曲几乎没有影响,而对非线性后屈曲分析结果影响很大,在进行后屈曲分析时有必要选择合理的单元。

等直杆单元切线刚度矩阵的精确分析方法

为了有效完成大型铰接单层网壳结构的后屈曲分析,本文采用对杆单元杆端力函数求导的方法推导出了等直杆单元切线刚度矩阵的精确形式。该切线刚度矩阵不受结构小变形限制,适用于结构产生任意大结点位移情况。以六角星桁架、平面圆拱桁架和大跨K8单层网壳结构为算例,采用广义位移控制法进行非线性后屈曲分析,其中预测子采用本文杆单元切线刚度矩阵。算例分析结果表明,本文杆单元切线刚度矩阵在大型铰接单层网壳结构的非线性后屈曲分析中有很强的预测能力。

复合材料加筋板后屈曲设计技术欧盟研究综述

为了保持竞争力,欧洲的飞机工业要求降低开发和使用成本,短期和长期分别降低20%和50%。为了实现这一目标,欧盟在框架计划下支持了一系列复合材料加筋结构后屈曲技术相关的研究项目。飞机复合材料加筋板具有较强的后屈曲承载能力,在飞机设计中可大幅提高结构的承载效率。本文介绍了欧盟在该领域的发展概况,从项目背景、目标、开展的工作、分析方法以及研究成果等方面阐述了欧盟在第五、第六和第七框架及其他项目下支持的复合材料加筋结构后屈曲设计分析技术相关研究项目,并分析了该领域技术的发展趋势及带来的启示。

基于序列近似优化方法的加筋圆锥壳结构优化设计

为提高运载火箭圆锥壳舱段承载效率,开展轴压载荷下加筋圆锥壳结构轻量化设计。首先,建立加筋圆锥壳结构有限元模型,采用非线性显式动力学算法开展分析;然后,对比分析加筋圆锥壳结构参数灵敏度指标及中间框径向和垂直安装方式对结构极限承载性能的影响;最后,基于径向基函数代理模型和Kriging代理模型序列近似优化方法开展加筋圆锥壳结构优化设计。结果表明:腹板高度、桁条数量、翼缘厚度及耦合效应是加筋圆锥壳极限承载能力的关键影响因素,而中间框径向和垂直安装方式对结构极限承载性能的影响不显著;采用序列近似优化方法经迭代优化后,相对初始设计减重9.40%,验证了方法的有效性。

基于代理模型和等效刚度模型的加筋柱壳混合优化设计

针对轴压作用下的加筋柱壳后屈曲性能优化计算较大的问题,本文提出了一种基于代理模型和等效刚度模型的混合优化策略,即运用基于等效刚度的平铺模型进行有限元后屈曲分析以代替试验设计中大量的精细加筋模型分析,并通过控制等效模型的单元尺寸来调整其分析精度,而等效刚度模型计算时长仅约为精细加筋模型的1/3。对构建的代理模型采用多岛遗传算法进行极限承载力等约束下的轻量化设计,调用精细模型有限元后屈曲分析对代理模型进行更新,从而保证代理模型的拟合精度并得到优化解。工程算例结果表明,本文提出的混合优化方法,使加筋柱壳结构在满足承载力情况下减重效果明显。

受压构件本构失稳的折迭突变模型

材料或构件本构失稳问题的类型可归结为突变理论中的折迭突变。从高强度素混凝土轴心受压构件的本构关系曲线表达出发导得的折迭突变模型可以给出构件的脆坏判据对构件的延性和脆性破坏路径作类似于几何稳定问题的后屈曲分析。建模时按实际将试验机刚度作为有限量而得到的加载参数能量输入率可正确地描述构件本构关系曲线弱化段的系统稳定性。计算了混凝土棱柱体脆坏对加载装置造成的荷载效应。

基于序列径向基函数的运载火箭蒙皮桁条结构轻质优化

以我国大型运载火箭薄壁加筋结构轻量化设计为研究背景,针对轴压下大直径大载荷蒙皮桁条结构开展后屈曲轻质优化研究。基于Python语言建立蒙皮桁条结构参数化模型,为确定结构的极限承载能力,开展蒙皮桁条结构后屈曲分析。针对蒙皮桁条结构轻质优化涉及离散的拓扑和连续的尺寸优化问题,提出基于近似模型和组合优化算法的序列近似优化方法,并利用近似最优解加速算法收敛,确定蒙皮桁条结构最优设计方案。工程算例结果表明,所提序列近似优化方法使大直径大载荷运载火箭蒙皮桁条结构减重效果明显,验证了方法的有效性。

基于Kriging代理模型的大直径运载火箭蒙皮桁条结构分步优化方法研究

针对大直径运载火箭结构轻质优化设计,开展轴压作用下的蒙皮桁条结构优化方法研究。首先采用显式非线性动力学算法进行静稳定性分析,获得蒙皮桁条结构的后屈曲失稳路径;然后根据蒙皮桁条结构特点,基于Kriging代理模型和组合优化算法的分步优化策略;最后针对中间框和不同截面形式的桁条开展参数优化研究,确立了蒙皮桁条结构最优设计方案。结果表明:“Π”型桁条的承载效率较高,最终优化结果对大型蒙皮桁条结构减重效果明显。

基于Voronoi序列采样的加筋壁板优化设计

为提高加筋壁板结构轻质优化效率,提出一种基于Voronoi序列采样的加筋壁板优化设计方法。建立了该结构的参数化模型,分析了加筋壁板蒙皮与桁条腹板的网格规模对结构承载能力及失稳模式的影响规律,并依据桁条腹板高厚比进行了网格划分,进而平衡后屈曲分析精度与效率;然后,提出了基于探索策略和开发策略的序列近似优化方法,其中Voronoi加点侧重全空间探索,近似最优解侧重局部开发,通过动态加点迭代至收敛,实现综合探索和开发性能的并行采样,提高了算法的收敛精度和计算效率;最后,应用该算法进行加筋壁板轻量化设计,并与传统序列近似优化方法进行对比。结果表明,本文方法利用更少的初始样本点,通过更少的迭代次数达到更高的优化精度,并获得了相对初始设计减重32.6%的优化结构。