基于缺陷敏感性分析的加筋圆柱壳结构设计

为了对加筋圆柱壳进行面向低缺陷敏感度的结构设计,针对一个直径为3m的正置正交加筋圆柱壳,基于显式后屈曲数值分析,研究了预制不同幅度的内凹、外凸双曲母线形状设计的加筋圆柱壳轴压临界荷载对初始模态缺陷的敏感性。结果表明:外凸双曲母线形状可在幅度为20mm时提高含缺陷结构的轴压临界荷载,可达6.6%,表现为对缺陷的低敏感性;内凹双曲母线则可在幅度为-10mm时小幅提高完善结构的轴压临界荷载,可达1.7%;当加筋圆柱壳应用于运载火箭的燃料贮箱时,燃料加注会升高贮箱内压,因此可通过内压控制形成外凸形状来降低结构的缺陷敏感性。

铁磁梁式板磁弹性初始后屈曲及缺陷敏感性分析

从铁磁板的磁弹性广义变分原理出发,通过对铁磁板内外的磁场和板变形场的摄动技术以及采用经典 Koiter理论,对横向磁场中铁磁恳臂、简支、固支梁式薄板磁弹性稳定性的初始后屈曲行为及缺陷敏感性进行了定性研究．解析地给出了悬臂板对初始缺陷敏感,简支和固支板对初始缺陷不敏感等结果,对悬臂梁式板理论预测的临界磁场值往往大于实验观测结果的现象从定性上给予了合理解释．

摩天轮结构的缺陷敏感性分析

摩天轮结构在制造安装过程中不可避免地存在误差或初始缺陷,这些初始缺陷直接影响摩天轮结构的受力性能。然而对于不同形式的初始缺陷,摩天轮结构的敏感程度不同。通过一个工程实例分析摩天轮结构对各种几何缺陷的敏感性,归纳了摩天轮结构对不同类型初始缺陷的敏感程度,以及显著影响摩天轮结构受力性态的主要因素,并提出控制敏感缺陷的方法,为设计提供参考。

顺层边坡岩体初始后屈曲性态及其缺陷敏感性

应用Koiter的初始后屈曲理论,视作用于顺层边坡岩体结构上的法向分力为初始缺陷,以探讨非完善系统的不稳定性。给出了边坡岩体分叉点附近的邻域,建立了一般情形下边坡岩体分叉点的平衡构形判据,以及后屈曲平衡路径和后屈曲平衡构形的稳点性准则。证实了结构初始缺陷对屈曲的影响与突变理论在揭示结构临界平衡性态时的一致性。提供了一定条件下确定非完善结构位移场的一种方法。

受压矩形截面柱在塑性阶段的缺陷敏感性分析

对加载到塑性阶段的矩形截面柱，本文研究了几何缺陷对屈曲的影响·在分析中考虑了弹性卸载的影响·求出了荷载、缺陷大小及分叉模态幅值之间的精确渐近关系式·结果表明在塑性阶段最大承载力对小缺陷非常敏感，但当缺陷大小达到某一值后。

镀锌钢板CMT铜钎焊焊接缺陷敏感性研究

针对汽车镀锌钢板CMT铜钎焊焊缝缺陷的敏感性问题,采用1.5 mm厚镀锌钢板搭接焊接的方法进行试验,主要以润湿性、焊接过程中是否存在飞溅、焊缝成形和镀锌层烧损情况作为评价铜钎焊焊接缺陷敏感性的指标,得到试验条件下缺陷敏感性较小时的工艺窗口:镀锌钢板搭接间隙为0~1 mm、电流为125~152 A时能获得合格的焊缝。通过改变点焊后不同气体保护时间确定焊缝表面变黑是由于焊缝在高温下被氧化生成氧化铜。

双曲线型钢结构冷却塔缺陷敏感性分析

参考国内现有规范,考虑几何非线性与材料非线性,利用ANSYS软件对一座高150m的双曲线型钢结构冷却塔进行多种缺陷及多缺陷值下的稳定计算,讨论了单层网壳、双层网壳及不同网格形式下结构的缺陷敏感性.结果表明,单层网壳结构对某些缺陷敏感性高,双层网壳结构中采用三角形网格时的稳定系数最高,四角锥网格的缺陷敏感性最低.

基于Koiter理论的板片空间结构缺陷敏感性研究

目前对板片空间结构缺陷的研究主要集中在数值分析方面,尝试基于Koiter理论进行近似解析方法的研究。通过把板片空间结构的网架或网壳部分连续化为板或壳,将板片空间结构简化为双层板或双层壳。再分别对完善的双层板和双层壳进行大挠度方程求解,研究完善结构的初始后屈曲性能。在求解大挠度方程时,省略了边界条件中的耦合项,从而能够应用伽辽金法求解。最后基于Koiter理论,得出板型板片空间结构对缺陷不敏感,而扁壳型板片空间结构对缺陷敏感的结论。

基于缺陷敏感性的大直径贮箱椭球箱底内压稳定性研究

薄膜理论解析法对考虑几何缺陷的贮箱椭球箱底的内压稳定性难以求解。利用有限元方法分析了一阶特征值模态缺陷和凹陷缺陷对大直径椭球箱底/筒段结构内压稳定性的影响。研究结果表明:一阶特征值模态缺陷的幅值小于壁厚的0.3倍时,屈曲载荷与缺陷幅值成反比,大于壁厚的0.3倍,屈曲载荷与缺陷幅值成正比;椭球箱底向外凹陷刚度比向内凹陷刚度大,相对于向内的凹陷缺陷,贮箱椭球箱底屈曲载荷对向外的凹陷缺陷更为敏感。

多层级蜂窝材料的面内模量缺陷敏感性

针对正六边形、Kagome和正三角形蜂窝,通过在孔壁表面附着弱材料层,提出了一种多层级蜂窝材料,并采用解析计算和数值计算的方法,围绕孔壁缺失这种最恶劣的缺陷类型,对蜂窝的体模量和剪切模量进行分析。结果表明,附着软层的多层级蜂窝材料比传统蜂窝抗缺陷性能提高,表现出较低的缺陷敏感性。在附着层的杨氏模量和原蜂窝材料比模量相同时,尽管附着层的杨氏模量比蜂窝母材低一个量级,但在附着层厚度是原蜂窝壁厚两倍时,正六边形和Kagome蜂窝的面内模量对缺陷的敏感性都明显降低。

T型截面多级加筋柱壳的缺陷敏感性及优化研究

该文基于非线性显式动力学方法进行后屈曲分析,获得了四种加筋柱壳(均匀加筋柱壳、矩形截面双向多级加筋柱壳、T型截面单向和双向多级加筋柱壳)整个后屈曲过程的轴压位移-载荷曲线,并以模态缺陷为例,比较了四者的缺陷敏感性,结果显示T型截面双向多级加筋柱壳呈现出显著的低缺陷敏感性和较强的可设计性。该文还将缺陷敏感性分析结果与对应的完善结构后压溃稳定平衡路径进行了对比,发现两者一定程度上的趋势一致性。这表明对完善结构运用显式动力学方法进行单次后屈曲分析,即可同时获得其承载能力和缺陷敏感性,大大减少计及缺陷敏感性结构设计的计算量。最后,该文进一步构造了面向低缺陷敏感性的T型截面多级加筋柱壳优化模型,算例表明该方法可以高效地获得可靠性更强的优化解。

基于初始缺陷敏感性的轴压薄壁圆柱壳屈曲分析研究进展

屈曲是轴压薄壁圆柱壳结构最主要的失效模式之一。围绕轴压下薄壁圆柱壳结构的承载能力对初始缺陷具有高度敏感性这一问题,系统回顾半个多世纪以来国内外学者在考虑初始缺陷对轴压薄壁圆柱壳屈曲临界载荷影响方面所做的理论、试验以及数值模拟等工作。研究表明,目前已形成了两类等效考虑初始缺陷影响的方法,即:基于数值模拟的确定性分析方法和基于概率统计的不确定性分析方法。其中,前者主要针对初始几何缺陷,而后者则还包括非传统初始缺陷,如材料、厚度及加载缺陷等。两类方法在开展轴压薄壁圆柱壳屈曲载荷预测和设计方面各具特点和优势,相较于试验结果,多点扰动载荷法和单边界扰动法的预测精度最高,两者均能达到90%以上的预测精度且同时具有一定的安全裕度。最后展望未来基于初始缺陷敏感性的轴压薄壁圆柱壳屈曲研究方向和亟待开展的研究工作,为相关研究的开展提供了一定的参考和指导。

电除尘器壳体墙板-立柱结构体系缺陷敏感性研究

电除尘器是用于消除大气烟尘的重要环保设备,壳体是其中最重要的工艺部分。壳体墙板为加劲钢板,与立柱连续焊接连接,组成共同承载的结构体系。壳体承受的横向荷载为负压与风荷载,作用在墙板上,壳体承受的竖向荷载主要作用在立柱上。墙板的初始缺陷会影响立柱的承载能力。该文通过非线性有限元方法,研究不同缺陷幅值时,完善结构极值点变形缺陷模态、完善结构非线性分岔点变形缺陷模态、特征值屈曲缺陷模态、墙板正弦波形缺陷模态以及墙板安装过程中的焊接收缩残余变形与残余应力对立柱承载力的影响。当缺陷幅值一定时,各种初始几何缺陷形式中,以完善结构的极值点变形缺陷模态为最不利。墙板安装过程中的焊接收缩引起的残余应力对于立柱承载是有利的,但是提高承载力很小。随着焊接收缩量的增大,残余应力值增大,同时考虑残余应力和残余变形影响得到的立柱承载力比仅考虑残余变形得到的承载力的增加量变大。

多层级蜂窝材料面内模量对孔壁弯曲的缺陷敏感性

为提升蜂窝材料的抗缺陷能力,在正六边形、Kagome和正三角形蜂窝材料的孔壁表面附着软材料层,制备了多层级蜂窝材料。然后针对孔壁弯曲缺陷类型,使用解析方法研究了蜂窝材料面内模量的缺陷敏感性和力学性能,并用数值模拟对理论值进行了验证。结果表明:通过选择合适的附着软材料层与几何参数,可使得多层级蜂窝材料比传统蜂窝材料对缺陷有更高的抵抗能力,表现出较低的缺陷敏感性。另外,在保持相对密度不变的前提下,多层级蜂窝材料的力学性能与传统蜂窝材料的相比也有较大提高。研究结论为设计制造具有抗缺陷能力的新型蜂窝材料提供了理论基础。

计及缺陷敏感性的网格加筋筒壳结构轻量化设计理论与方法

在国家973计划青年项目的支持下,大连理工大学联合北京宇航系统工程研究所,开展了计及缺陷敏感度的网格加筋结构优化方法研究,为大直径运载火箭工程网格加筋筒壳结构的创新设计提供了理论依据和方法支撑,服务国家重大战略需求。

某车站跨层重载桁架稳定承载力缺陷敏感性研究

为了研究大庆西站跨层重载平面桁架对几何缺陷的敏感性,采用大位移控制法(LDC),提出确定跨层桁架初始几何缺陷的静力变形模态法。分析6种不同幅值初始缺陷条件下跨层桁架结构的非线性稳定承载力,并与一致缺陷模态法计算结果对比,对该平面桁架结构几何缺陷敏感性进行研究。部分结果与相关缩尺模型试验进行比对。研究表明:几何缺陷对结构的承载力影响较小,对结构变形失稳影响较大。经对比分析,静力变形模态法可以作为计算结构稳定承载力的有效方法之一。

考虑缺陷作用的弹塑性屈曲加筋柱壳设计

对于加筋柱壳等薄壁结构,轴压承载力对不同结构形式表现出不同的缺陷敏感性,寻找低缺陷敏感度的结构设计形式具有重要的研究意义.首先以分别发生弹性和塑性屈曲的两个直径3m的正交加筋柱壳为例,研究了不同幅度双曲母线形状对两者承载力的影响,发现双曲母线外凸和内凹会分别提高两种加筋柱壳的轴压承载力.然后以特征值屈曲模态和单点凹坑两种缺陷为例,对具有不同幅度双曲母线的加筋柱壳开展了缺陷敏感性分析.结果表明,对于两种加筋柱壳结构均可以通过适当幅度的外凸双曲母线形状降低缺陷敏感性,为提高运载火箭加筋柱壳的可靠性储备提供了一种易实现的结构方案.

旋压整体成形铝合金贮箱箱底内压稳定性先验设计研究

提出一种面向力学域与制造域相结合的、采用成形制造工艺力学模型精确表征制造特征影响的先验设计方法,并结合先进的边缘约束无模旋压成形工艺阐述先验设计理论方法与设计流程。通过旋压工艺力学模型获取箱底结构的制造工艺特征,针对制造工艺特征建立内压稳定性分析模型,研究了旋压工艺特征对稳定性的影响,与传统的一阶模态缺陷、单点凹陷缺陷进行了对比。研究结果表明,先验设计方法能够较好地捕捉制造工艺特征引起的结构屈曲模态的改变,能够较准确地预测结构的极限承载能力。

双层圆柱壳在均匀轴压下的屈曲行为

对双层不锈钢圆柱壳在均匀轴压下的屈曲性能进行研究,分别设计、制作和测量了3个名义相同的双层圆柱薄壳,其长径比均为1.7。通过对试样进行轴向压缩试验获得其载荷位移曲线和极限强度,采用弧长法对试样进行非线性屈曲分析,得到平衡曲线和临界载荷并与试验结果进行对比。另外采用数值分析法研究双层圆柱壳的缺陷敏感性,进而推测出一种用于评估双层圆柱壳承载能力的理论公式。结果表明,双层圆柱壳的平均极限强度约为单层的1.85倍,双层圆柱壳是缺陷敏感结构,其缺陷敏感性与内层壳体缺陷敏感性趋于一致,且双层圆柱壳的缺陷敏感性随长径比的增加而降低,试验结果、数值计算和理论预测具有较高一致性。

含初始缺陷钢结构损伤累积至断裂及后期的调查分析

为分析钢结构损伤累积至断裂的演变过程,从含初始缺陷钢结构的敏感性出发,提出了基于钢结构动态损伤响应分析的断裂数值模拟理论框架,指出该问题的实质就是求解钢结构在工作应力远低于屈服应力的情况下发生断裂对应于初始缺陷对疲劳寿命增加的百分数。设定初始缺陷为敏感激励参数,并给出疲劳寿命、强度退化以及二者间的数学计算模式。应用确定安全期限的缺陷敏感性理论,运用强度退化方法计算并比较不同初始缺陷情况下钢结构抗断裂韧性和疲劳寿命数值之间的偏差,表明了本法的可行性和有效性。这些结论可为钢结构安全设防提供指导和参考。