基于压杆屈曲大挠度理论的挂面弯曲折断分析与验证

为了阐明挂面弯曲折断的力学原理和探讨弯曲折断率的评价新方法,运用压杆屈曲大挠度理论对挂面弯曲折断进行了分析,建立了最大挠度与长度之比、轴向压缩量与长度之比、压力与临界压力之比以及不同长度挂面端部转角与轴向压缩量和最大挠度数值之间的关系;提出了用轴向压缩量替代端部转角评价挂面的弯曲折断率,并运用应力相等原理建立了不同长度挂面弯曲折断评价参数换算关系;对理论分析结果进行了实验验证,挂面压杆屈曲大挠度理论模型的误差均小于1%,弯曲折断评价参数换算关系的误差均小于5%。用压杆屈曲大挠度理论分析挂面弯曲折断是准确、可行和可靠的。

基于压杆大挠度理论的挂面弹性模量测定方法

为了探讨挂面弹性模量测定的新方法,运用挂面压杆大挠度力学模型,建立了挂面后屈曲的弹性模量计算模型,对挂面的5个试样长度进行了优化,并分析了5个端部转角时的弹性模量计算值,同时与三点弯曲法、拉伸法弹性模量的试验测定值进行了比较分析。基于压杆大挠度理论的挂面弹性模量测定方法优于三点弯曲法、拉伸法,其最优测试条件为挂面长度150 mm、端部转角20°(压弯轴向位移量4.53 mm)。挂面后屈曲弹性模量测定方法是准确、可行和可靠的。

基于大挠度理论的微创介入手术主动导管研究

提出了一种形状记忆合金驱动的用于微创介入手术的主动导管,外径为1.25 mm。为了获得预期的弯曲角度而不过多的增加外径,主动导管采用多个弯曲单元串联的结构。考虑到形状记忆合金驱动器的输出力决定了导管轴线的挠度曲线的具体形式,在大挠度理论的基础上,利用曲率的精确表达形式建立了挠度曲线的微分方程,通过积分变换推导得出导管前端在预期姿态下各个形状记忆合金驱动器的输出力和长度,给出了精确的关节中心位置坐标,并将导管轴线的挠度曲线方程表达成便于计算的形式。本文为主动导管在人体血管中的准确定位提供了有利参考,并在一定程度上完善了该类问题的设计理论。

变厚度开顶扁球壳大挠度理论的改进多重尺度法

综合利用近代分析和多重尺度法 ,讨论了大几何参数的变厚度的开顶扁球壳 ,在内边缘集中线布载荷、外边缘均布力矩作用下的非线性屈曲问题 ;求得了扁薄壳几何参数k值较大时这一问题的一致有效的渐近解 ;

按薄板的大挠度理论对柔性路面结构设计的改进

研究目的:根据柔性路面的力学特性,改进柔性路面结构设计。研究方法:针对柔性路面的结构设计理论进行分析,提出了基于薄板大挠度理论的面层厚度计算方法。根据实际的轮压荷载分布特点将传统方法中近似为圆形分布的假定,改为采用等效的矩形分布假设;并根据板的路面板的变形特性,采用较为合理的长边简支的边界条件。按大挠度弹性理论,采用无限长板的简化模型进行结构计算,推导出计算面层厚度的解析表达式,并编制相应的计算程序,针对具体的算例进行计算分析。研究结果:与传统设计方法的计算对比,该方法可以减少面层厚度约18.3%。研究结论:基于薄板大挠度理论的面层厚度计算方法为柔性路面设计提供了一种更经济的分析模式。

大挠度高阶剪切理论下复合材料圆柱壳的屈曲

考虑到了横向剪切的作用 ,通过应用最小势能原理和能量变分方法建立了复合材料圆柱壳的稳定性控制方程。大挠度高阶剪切理论下复合材料圆柱壳稳定性方程是一组非线性高阶常系数偏微分方程 ,包含了 4个独立的函数 ,它们分别为横向挠度 w和参考曲面的法线转角φx,φy ,以及应力函数 F。在位移场的表达式中 ,将轴向和周向位移对 z进行泰勒展开 ,并且保留了前 4项 ,在使得横向剪力满足在上下表面为零的条件下 ,选用了同一阶剪切理论相同的参数 ,即引入了参考曲面的法线转角φx,φy ,避免了引入横向剪力修正系数。此方法对于夹层复合材料板壳和各向同性板壳同样适用。采用前屈曲薄膜假设 ,假设屈曲位移函数 w,φx,φy ,通过求解广义特征值来使得系数矩阵的行列式的值为零 ,得到的最小的广义特征值就是屈曲载荷。文中通过数值计算确定了位移项的合适的数目 ,并且将屈曲载荷计算值与实验值做了对比。

考虑大挠度效应及初偏心的压杆稳定性分析

基于大挠度理论,考虑初始偏心的影响,通过积分变换及椭圆积分展开式推导得到压力与初始偏心之间公式.并应用所推导公式求算初始偏心0.01的临界压力比,同时与理想压杆临界压力作对比,得出在实际工程压杆稳定分析中需要考虑大挠度效应及初始偏心.

浅正弦波纹圆板大挠度问题的摄动解法

基于扁壳的非线性大挠度理论,用摄动法和幂级数方法求解了波纹圆板的大挠度方程.选取无量纲中心挠度作为摄动参数,将描述波纹圆板的非线性微分方程组化为一系列线性微分方程组.对于中心平台部分,描述各阶摄动的线性微分方程组成为通常的欧拉方程,可以得到精确解;对于波纹部分,不能直接得到各阶摄动的精确解,采用幂级数方法求解.再根据边界条件、连续条件和摄动条件,将摄动问题化为线性代数方程组进行求解,得到了具有中心平台的浅正弦波纹圆板在各种荷载作用下的具有中心挠度二次项的弹性特征.

具有弹性约束和初挠度的弹性压杆力与位移关系分析

实际桁架中的受压杆件可以视为具有弹性约束和初挠度的压杆,对桁架结构的承载能力起决定性作用。以具有弹性约束和初挠度的弹性压杆作为研究对象,应用大挠度弯曲变形理论研究其失稳后的力学行为即压杆轴向压力与位移的关系。建立了压杆的力学模型和数学模型,采用龙格-库塔(Range-Kutta)法求出其数值解。计算结果表明:压杆失稳后轴向压力与位移之间呈非线性关系;在轴向压力一定的情况下,弹性压杆的杆端位移量随初挠度的增大而增大,且压杆的初始位移量在轴向压力越小时影响越显著;轴向压力一定时,支承刚度越大弹性压杆的轴向位移也就越小;轴向位移一定时,支座的支承刚度越大所需的轴向压力也就越大;支承刚度和初挠度共同作用时,支承刚度可以在一定程度上抵消初挠度对弹性压杆力与位移关系的影响。因此,考虑受压杆件的支承刚度约束和初挠度对研究桁架结构破坏过程的计算机模拟是十分必要的。

预应力纤维加固管线的屈曲理论分析研究

基于大挠度理论与小挠度理论,推导了管道在预应力作用下的临界屈曲方程,并通过理论应用分析了影响临界屈曲的因素,结果表明:径厚比和钢管等级对钢管的临界屈曲影响较大,随着径厚比的降低,钢管等级的提高,临界屈曲应力也得到提高。

局部和整体弯曲下加劲板半解析大挠度分析中的强度标准

为预测任意加劲板的极限强度,研究了可能应用于半解析方法的多种强度准则。以评估强度准则在预测平面内加载(局部和整体弯曲)下的板极限强度的适用性。利用大挠度理论和Rayleigh-Ritz方法来求解平衡方程,得到后屈曲作用下薄板的残余强度。将计算结果与具有不同板尺寸及各种规则和不规则布置的加劲肋的非线性有限元分析的结果进行对比。结果发现,在板和加劲肋的标准组合下,两者具有良好的一致性。当采用这种准则时,按所提出的求解方法可以进行非常有效而且准确的计算。

梳理机工作辊挠度试验分析

本文通过梳理机工作辊辊筒材料采用铝合金型材,进行不同截面的计算机模拟、静力强度理论计算,选材试验加工和工作辊装配结构改进,分析研究改善工作辊最大挠度值的方法。

用DR法求解计及湿度影响的复合材料叠层扁壳大挠度弯曲问题

动态松驰法(DR法)是求解工程实际非线性问题的一种有效的、简单的方法、本文采用DR法首次对计及湿度影响的复合材料叠层扁壳的非线性弯曲问题进行了分析。

波动载荷下双级减压器反馈膜片力学性能分析

为研究波动载荷下航空推进系统双级减压器反馈膜片的力学性能,建立推进系统高压气路AMESim仿真模型并基于测试结果验证了AMESim模型的准确性,获得双级减压器反馈膜片波动载荷,利用波纹膜片大挠度变形理论验证载荷与挠度关系,以波动载荷为边界条件对反馈膜片进行有限元分析,研究膜片材料、波纹形状及尺寸对反馈膜片力学性能的影响规律。研究结果表明:不锈钢AISI 304材料的反馈膜片性能最好,其次是铜合金T52500材料;波动载荷下圆形波纹反馈膜片最大变形量最小,膜片力学性能最优;波纹宽度在1.5~2.5 mm范围内的不锈钢圆形波纹反馈膜片力学性能最佳。研究结果可用于波纹膜片的定量分析和定性预测。

750kV紧凑型线路相间间隔棒力学分析与计算

750kV同塔双回紧凑型线路在国内外尚无先例,因此在杆塔型式选择,绝缘子串及相间合成间隔棒设计上需要进行很多开创性的工作。为了给我国第1条750kV同塔双回紧凑型输电线路的相间合成间隔棒提供设计依据,对750kV同塔双回紧凑型输电线路相间间隔棒力学特性进行了深入研究。首先引用大挠度理论介绍了750kV同塔双回紧凑型线路的相间合成间隔棒的稳定后屈曲特性,然后又采用一种相间间隔棒的精确受力模型通过计算机仿真计算了相间合成间隔棒所承受的压力与轴向压缩量的关系,并且通过它的大屈曲试验验证了这种精确受力模型的正确性,通过比较34和40mm两种不同芯棒直径的相间间隔棒的试验与仿真数据,最后给出了750kV同塔双回紧凑型线路相间合成间隔棒的芯棒直径的推荐值为40mm。

分层损伤复合材料加筋层合板屈曲和后屈曲性态研究

基于板的一阶剪切理论和Von-Karman大挠度理论,提出了含嵌入分层的复合材料加筋层合板在受压缩荷载作用下的前、后屈曲分析的有限元方法,并推导了相应的有限元列式,分析中还考虑了分层前缘的闭合接触效应.通过典型算例,研究了复合材料加筋层合板的屈曲和后屈曲性态与加强筋的分布、分层形状、分层位置及分层大小等因素的关系.

屈曲约束钢板剪力墙约束板研究(II)——承载力需求及试验验证

本文基于薄板大挠度理论,推导了钢板剪力墙所受剪力与面外挠度的关系,并考虑了弹塑性屈曲的影响,得到了屈曲约束钢板剪力墙达到极限承载力时的面外挠度,将其代入平衡偏微分方程后得到了芯板与约束板间面荷载的计算公式。根据国内相关规范,提出了约束板的整体抗弯、冲切、局压等承载力验算方法,并最终得到约束板的承载力需求公式。此外,本文还给出了芯板与约束板间连接螺栓的设计公式。最后,本文通过试验对屈曲约束钢板剪力墙约束板的设计要求进行了验证。

基于形状记忆合金的自主导管导向机器人设计

为提高血管介入手术的成功率和安全性,研制一种用于控制自主导管的由多个形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)驱动器驱动的多节蛇形结构导向机器人。针对SMA驱动的导向机器人结构和原理,提出偏置弹簧尺寸参数的估算方法,使用大挠度理论对导向机器人进行运动学分析,通过积分变换推导出SMA驱动器在已知导向机器人弯曲角度和方向下的输出力和位移,给出精确的导向机器人前端中心位置坐标。在此基础上,进一步推导SMA驱动器的尺寸参数设计计算公式,提出一套系统的导向机器人设计理论方法。利用提出设计方法研制导管导向机器人样机,并在血管模型中成功地进行模拟介入手术试验。研究成果为导向机器人的设计和分析提供了数学模型,完善了导管导向机器人的设计方法和理论。

环状平膜片挠曲变形数学模型及其试验验证

为描述环状平膜片挠度与载荷的关系,在经典弹性薄板理论、卡尔曼大挠度理论和薄膜理论下为环状平膜片分别建立了3种挠度-载荷数学模型.与试验结果比较表明,小挠度下,薄膜理论曲线与试验结果相差很大,经典理论和大挠度理论曲线与试验结果符合较好,说明膜片主要靠剪切内力平衡外载,剪切效应不能忽略;大挠度下,大挠度理论曲线最接近试验结果,最大误差为17.94%,经修正后结果令人满意,说明此时剪应力变化较小,膜片主要靠张力平衡外载.

面内剪切非线性对复合材料层合板参数共振的影响

利用ＶｏｎＫａｒｍａｎ薄板大挠度理论和ＨａｈｎＴｓａｉ本构方程研究了四边简支、一对边受压缩动载荷的（０／９０）ｓ对称铺设正交各向异性矩形层合板的参数振动问题．利用奇异性理论讨论了１／２亚谐共振时板的各种可能的分叉行为，结果表明１／２亚谐共振的参数响应曲线共有１０种可能的形式，并可以通过控制面内非线性剪切系数来避免１／２亚谐共振．这些分叉曲线的特性提供了复合材料层合板参数激励这类非线性问题的基本分析结果．