基于屈曲稳定性的复合材料铺层库优化设计

为了得到能便于复合材料结构优化设计同时满足制造约束的复合材料层压板铺层库,本文提出一种基于屈曲稳定性的复合材料层压板铺层库设计方法。首先,独立设计铺层角度数量表,便于多种铺层比例的快速移植和交叉融合;其次,以四进制方式对铺层顺序编码,遍寻满足约束要求的铺层顺序,确定核心铺层组范围,设计稳定性综合评价指标,优化核心铺层组铺层顺序,基于核心层组边界向上和向下逐层扩展,合并得到整个设计空间的复合材料层压板铺层库;最后,分析层压板折算刚度系数推导结果,给出铺层库均匀性调整方法。与手动调试铺层库相比,通过本文方法设计的铺层库临界失稳应力普遍提高10%以上,均匀性调整后的临界失稳应力依然提高5%以上。

下承式钢筋混凝土拱桥温度作用下屈曲稳定性分析

下承式钢筋混凝土拱桥拱肋因材料受日照温差影响较大易产生温度应力和变形,对全桥屈曲性能产生影响。为探究下承式钢筋混凝土拱桥在温度作用下的屈曲稳定性,文中建立ANSYS有限元模型,对太阳辐射作用产生的非线性温度场、均匀温度作用、构件间温差作用和无温度作用下拱桥屈曲性能进行对比分析。结果表明,全桥整体升温对下承式钢筋混凝土拱桥屈曲稳定性的影响最大,主梁的温度变化次之,主拱圈温度变化的影响最小,影响量分别为57.0%、30.3%、0.5%;主拱圈单侧升温对屈曲稳定性的影响比双侧升温的影响大,主拱圈非均匀温度场比主拱圈均匀温度场更容易降低下承式钢筋混凝土的屈曲稳定性。

带有钢支撑环的不锈钢内衬屈曲稳定性理论计算

薄壁不锈钢内衬修复技术,是新兴的给水管道非开挖修复方法,广泛运用于给水管道修复。不锈钢内衬壁厚较薄,容易在外压或内部负压下屈曲破坏,因此,设计内置钢支撑环以增强屈曲稳定性。但是,对于带钢支撑环的不锈钢屈曲稳定性分析,仍然处于空白。考虑到支撑环的加劲作用,选取Mises公式、赖-范法两种较常见的加劲环钢管外压屈曲公式,推算出各自的理论值,通过对试验结果的比对,讨论这两种方法适用性。初步认为,Mises法计算结果小于试验值,没有考虑外部钢管对不锈钢内衬屈曲稳定性的增强作用;赖-范法计算结果大于试验值,因为其边界条件更为严格。

复合材料层合板屈曲稳定性优化设计及其灵敏度计算方法

笔者在有限元分析基础上研究了以屈曲稳定性作为约束条件或优化目标的复合材料层合板结构优化设计及其灵敏度分析方法 ,重点讨论了屈曲临界荷载灵敏度对内力场和载荷的依赖关系及其在铺层优化、尺寸优化和形状优化问题中的不同计算方法 ,并在 JIFEX软件中实现了复杂结构复合材料层合板优化设计方法。

热压电桁架结构屈曲稳定性有限元分析

梁、板、壳组合结构在航空航天和控制系统中得到了广泛应用。一般来说,桁架结构是作为整体结构的支撑来使用的,综合考虑热、机械和电场作用有助于充分发挥材料性能。本文从力的平衡方程出发,考虑温度场、机械场和电场多场耦合的情况,推导出了热压电桁架结构的静力分析有限元模型,并在此基础上给出了在多场荷载共同作用下的结构屈曲稳定性求解的有限元方程。数值算例表明,多场耦合效应能够对结构的屈曲稳定性影响较大。合理利用温度的影响,可以提高结构工作性能,并为梁、板、壳组合结构的优化和控制提供了理论基础。

组合结构屈曲稳定性优化设计与灵敏度分析

本文研究了组合结构屈曲稳定性优化设计及灵敏度分析数值方法 ,讨论了屈曲临界荷载灵敏度对应力场和载荷的依赖关系、及其在尺寸和形状变量中的不同计算方法 ,将屈曲优化与静力和动力优化联合执行 ,在JIFEX软件中实现以解决复杂的结构优化问题。算例表明了优化方法在结构稳定性设计中的应用 。

复合材料盒段结构屈曲稳定性分析及优化技术

随着计算机科学和有限元技术的发展,屈曲稳定性问题有限元数值求解技术已经比较成熟,但是在大型飞机结构工程应用中还是由于计算量大、收敛困难而受到限制。特别是在需要反复迭代计算的优化过程中,更是受到该问题的困扰。针对飞机机翼结构中的典型盒段结构,本文研究了基于ANSYS子模型的考虑线性屈曲稳定性约束的优化方法,以及非线性数值计算技术。研究表明,在相同精度要求的条件下,位移求解模型所需网格尺寸可远大于屈曲稳定性模型。本文利用验证结论,采用网格尺寸100mm建立粗模型进行位移求解并确定危险部位,采用网格尺寸10mm建立子模型进行屈曲稳定性求解,从而完成全结构的优化设计。此方法计算效率高,在非线性屈曲稳定性求解以及优化迭代计算中优势明显。

桩周土开挖条件下桩基础屈曲稳定性分析

利用桩基础支撑既有建筑,下方开挖土方施工地下室是一种既有建筑地下增层的有效方法。随着桩周土的开挖,桩基础的稳定性会降低。文章利用ANSYS程序建立桩的二维有限元模型,桩周土用弹簧单元模拟,其线刚度用m法取值,通过特征值分析和非线性加载可分别获得桩基承载力的上限、桩基承载力的极限荷载和失稳时的变形曲线。结果表明：桩顶为自由端的桩基础,随着桩周土开挖深度的增加,其稳定性系数明显降低;相同开挖条件下,桩周土的m值和桩基截面边长越小,其桩基的稳定性系数越小;桩顶或桩身设置水平约束构件后,有效减小了计算长度,其稳定性系数比桩顶为自由端的桩基础提高了1.2~2.9倍,且开挖深度越深、桩周土m值越小,其效果提高的越明显。

桩周土开挖条件下钢管桩屈曲稳定性试验研究

既有建筑物增设地下空间时,需要运用桩基础支撑上部建筑物,才可开挖建筑物下面的土方。随着桩周土减少,桩的屈曲稳定性会相应减少。文章在模型箱内利用杠杆加载的方式对不同开挖深度条件下的钢管桩的屈曲承载力进行了研究和测试,分析了其相应的稳定系数。结果表明:当桩顶加载达到极限荷载时,桩身会出现突然的屈曲破坏;开挖比较小时,屈曲位置出现在桩土交界面附近,随着开挖比的增加,屈曲位置明显上移;随着桩周土开挖深度增加,桩的稳定系数随之减小,当钢管桩下端处于嵌固状态时,其稳定系数比处于非嵌固状态时明显要大;钢管桩中部增设了水平拉接杆件后,其稳定性明显提高;桩周土的开挖比>0.5时,回转半径较大的钢管桩稳定性系数较大;当其值<0.5时,回转半径较大的钢管桩稳定性系数较小。

9000 kN运梁车结构强度与屈曲稳定性验算

以高速铁路架桥用的9000kN运梁车为研究对象,运用大型有限元软件对其结构进行强度与屈曲稳定性计算,分析了该运梁车的应力分布,指出其屈曲稳定性的危险部位,为该运梁车结构改进和现场施工监控提供参考。

基于能量法的斜坡中楔形基桩屈曲稳定性分析

考虑了桩侧摩阻力以及桩后土体滑坡推力的影响,采用非线性桩侧土水平弹性抗力分布形式,基于Rayleigh-Ritz法,对斜坡中楔形基桩的屈曲稳定性问题进行了研究,得出了斜坡中楔形基桩屈曲临界荷载的表达式.分析了坡角、桩后土体滑坡推力分布形式、桩身埋置率、桩侧摩阻力及桩身嵌固率对斜坡中楔形基桩屈曲稳定性的影响.研究结果表明:与等截面桩相比,桩端直径不变时,不同桩径变化率下的斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载均有了不同程度的增加;桩径变化率越大,斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载增加的幅度也随之增大.坡度、桩身埋置率以及桩身嵌固率对斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载影响较大;桩侧摩阻力能够提高斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载,但是提高的幅度有限.桩后土体滑坡推力的大小和分布形式对斜坡中楔形基桩屈曲临界荷载影响很小,以上两者均可以忽略不计.

复合材料机载天线罩有限元内力计算和屈曲稳定性分析

本文用有限元法计算了复合材料机载天线罩的内力,并对其进行了稳定性分析,得到了均布载荷作用下天线罩的内力和稳定性临界载荷及屈曲模态。文中选用轴对称截锥单元来离散天线罩,在应变向量阵中引入了横向剪切应变,从而考虑了剪切影响。为了避免剪切自锁,刚度的计算采用一点高斯积分法,几何刚度的推导采用Stricklin法。最终将稳定性问题归结为特征值问题。数值算例表明,对于复合材料旋转壳,横向剪切变形使其临界载荷降低;天线罩内力较大的区域集中在头部附近,失稳发生在根部附近,增加根部的厚度可改善天线罩的稳定性。

直升机复合材料结构屈曲稳定性数值计算研究

本文首先详细描述了大变形非线性问题的有限元数值计算理论,包括大变形非线性数值计算方法、结构稳定性计算和屈曲问题。其次采用有限元软件MSC.Marc在直升机受阻右侧滑载荷条件下对垂尾结构进行了稳定性数值分析计算,主要对垂尾进行了优化结构下的结构和厚度圆整后结果的结构进行了稳定性分析。计算结果表明:垂尾前缘根部出现失稳现象,而其它区域没有失稳现象出现。最后本文通过细致的分析、校核稳定性分析计算结果,给出了复合材料结构承载后屈曲稳定性数值分析方法,为直升机复合材料仿真技术的发展积累了经验。

架桥机箱型梁机臂屈曲稳定性分析

架桥机机臂是由不同厚度板焊接而成的箱型梁,机臂跨度长,当载荷移至机臂中部时,该位置易发生局部失稳。为求出其局部失稳时的临界载荷,选用板单元模拟机臂中部的细部结构,并将细部结构插入到用梁单元建立的整体模型之中,快速精确求出局部失稳时的临界载荷和失稳模态,其计算结果与实际分析相符。

基于抱箍吊装技术的大吨位薄壁筒屈曲稳定性研究

针对化工行业中大吨位薄壁筒的吊装问题,提出了一种适用于薄壁筒吊装的新型双抱箍结构。对比分析了薄壁筒在传统单抱箍和新型双抱箍作用下的受力特点,提出了简化的力学模型并分别推导在单、双抱箍作用下薄壁筒屈曲稳定性计算公式,探讨了抱箍尺寸参数对薄壁筒稳定性的影响。以300t硝酸吸收塔吊装为例,用有限元方法对所推导公式进行验证,结果表明:所推导公式的计算结果与有限元计算结果相近,可作为抱箍设计计算时的参考;双抱箍结构可改善薄壁筒在吊装时的受力情况,提高吊装时薄壁筒的稳定性。

某乘用车后背门屈曲稳定性分析及优化

文章以某乘用车后背门为研究对象,针对其把手处出现凹陷的质量问题,根据实际受力情况,用有限元分析方法进行屈曲稳定性研究,得出后背门产生凹陷的真正原因,提出解决方案,进而利用有限元虚拟仿真技术对优化方案进行了可行性验证,经实车确认,凹陷问题得到彻底解决,有效提升产品品质。

腹板纵向加劲肋对移动模架主梁屈曲稳定性的影响

为了研究移动模架主梁屈曲稳定性及极限承载力,在不同断面尺寸下调整移动模架主梁腹板纵向加劲肋的竖向位置,并通过有限元模拟与规范对比的方法,开展了腹板纵向加劲肋对主梁屈曲稳定性影响的研究。结果表明,当腹板纵向加劲肋距腹板受压区边缘0.25h0～0.35h0范围内时,移动模架主梁屈曲稳定性可提高5.8%～9.7%。

风电叶片后缘建模方法对屈曲稳定性的影响

后缘失稳是风电叶片常见的失效模式之一,本文主要通过有限元方法研究了后缘芯材斜角、密集的后缘UD(即铺放在后缘的单向布)错层等情况的不同处理方式对屈曲稳定性的影响。结果表明:计算风电叶片屈曲稳定性时,后缘粘接胶可定义为实体单元或壳体单元(等效为小腹板);可用不少于三个厚度台阶模拟后缘芯材斜角;对逐层错层的后缘UD建模时可进行一定程度的合并简化。

波形腹板钢箱-混凝土组合梁屈曲稳定性分析

针对简支波形腹板钢箱-混凝土组合箱梁在施工中有可能出现的荷载及自重作用下的屈曲形式,通过有限元及屈曲理论进行线性及非线性屈曲分析,根据所得结果判断其在不同阶段的屈曲安全性,并通过改变箱梁边界参数及焊缝施工缺陷形式,找到对屈曲稳定性的最大影响形式.研究结果表明:在均布荷载和自重荷载作用下,安装U型梁时,承载能力不足,需要增加临时支撑;在翼板安装阶段,可拆除支撑;在不同的支撑形式下,固定支座可提高箱梁承载能力,当翼板与腹板部分跨中焊接失效时,翼板出现整体屈曲,其他形式局部失效,箱梁仍安全.

下承式复式钢箱系杆拱梁组合结构稳定性分析

钢箱系杆拱以其造型美观、跨越性能强等优点,在实际工程应用上特点尤为显著。拱肋结构属于偏压结构,拱肋结构的成型在一定程度上决定了整个结构体系是否能够成桥运营的关键,研究其自身稳定性具有很重要的现实意义。本文以某五跨下承式复式钢箱系杆拱梁组合桥为分析对象,主要分析结构体系在屈曲模态下的稳定性,并对比分析弱拱肋间隔加强横撑对结构体系稳定性的影响。