薄壁加筋圓柱殼靜動力屈曲特性數(shù)值模擬與實驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、薄壁加筋圓柱殼是非常重要的工程結(jié)構(gòu)元件,在諸如船舶與海洋工程、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,其靜動力屈曲問題已經(jīng)成為固體力學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。本文主要研究薄壁加筋圓柱殼靜力穩(wěn)定性特性,以及靜動載荷聯(lián)合加載下薄壁加筋圓柱殼動力屈曲特性。
  對于薄壁加筋圓柱殼靜力穩(wěn)定性特性研究,首先采用弧長法和阻尼因子法,建立計及結(jié)構(gòu)初始幾何缺陷的非線性靜力屈曲模型,其中采用一致組合模態(tài)幅值缺陷分布和單一模態(tài)缺陷分布兩種初始幾何缺陷模型考慮結(jié)構(gòu)

2、初始幾何缺陷。然后,基于上述方法和模型,系統(tǒng)探討缺陷形狀、幅值對網(wǎng)格加筋圓柱殼軸壓及徑壓穩(wěn)定性影響,數(shù)值結(jié)果表明,就網(wǎng)格加筋圓柱殼軸壓屈曲載荷對初始幾何缺陷形狀和幅值的敏感程度而言,前者要小于后者,而就網(wǎng)格加筋圓柱殼徑壓屈曲載荷對初始幾何缺陷形狀和幅值的敏感程度而言,前者要大于后者,取一階特征屈曲模態(tài)作為設(shè)計缺陷形狀對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性很不利,但其并非是對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最不利的缺陷形狀;相對于低階特征屈曲模態(tài),取高階特征屈曲模態(tài)作為設(shè)計缺陷形狀對結(jié)

3、構(gòu)穩(wěn)定性更有利。最后,針對網(wǎng)格加筋圓柱殼軸壓與徑壓聯(lián)合加載靜力穩(wěn)定性,探討預(yù)加軸壓對結(jié)構(gòu)徑壓屈曲特性影響,結(jié)論如下:隨著預(yù)加軸壓的增加,徑向屈曲載荷減小,圓柱殼軸向屈曲波長變短;相對于薄殼,厚殼可以減輕軸壓對徑向屈曲壓力的影響程度。
  對于靜動載荷聯(lián)合加載下薄壁加筋圓柱殼動力屈曲特性研究,以軸向靜壓和徑向均布瞬態(tài)外壓聯(lián)合作用下的網(wǎng)格加筋圓柱殼為研究對象,建立靜動載荷聯(lián)合加載下圓柱殼動力屈曲數(shù)值計算方法,并開展相應(yīng)實驗,驗證數(shù)值方

4、法的準(zhǔn)確性。該實驗的最大特點在于通過螺栓預(yù)緊力和多氣囊藥包同時起爆產(chǎn)生的沖擊波壓力實現(xiàn)對圓柱殼的軸向靜壓和徑向瞬態(tài)外壓聯(lián)合加載。
  基于靜動載荷聯(lián)合加載下圓柱殼動力屈曲數(shù)值計算方法,分別研究軸向靜壓和徑向均布瞬態(tài)外壓聯(lián)合加載、徑向靜壓和徑向均布瞬態(tài)外壓聯(lián)合加載下網(wǎng)格加筋圓柱殼動力屈曲特性。針對前者,探討不同脈寬、幅值徑向瞬態(tài)外壓脈沖載荷作用下圓柱殼動力屈曲特性,確定結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)的Pmax-T臨界屈曲載荷線,并討論軸壓及徑向瞬態(tài)外

5、壓脈沖波形對Pmax-T臨界屈曲載荷線的影響;數(shù)值結(jié)果表明,低幅值、長脈寬載荷作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生彈性動力屈曲,而高幅值、短脈寬載荷作用下結(jié)構(gòu)主要發(fā)生塑性動力屈曲;同時隨著脈寬的增加,結(jié)構(gòu)發(fā)生動力屈曲的臨界載荷減小,屈曲波紋數(shù)減小;當(dāng)脈寬增加到一定范圍時,動力屈曲放大因子趨近1,該階段所對應(yīng)的Pmax-T臨界屈曲載荷線趨于一條漸進線;使網(wǎng)格加筋圓柱殼結(jié)構(gòu)發(fā)生動力穩(wěn)定性失效的徑向瞬態(tài)外壓載荷危險區(qū)域隨預(yù)加軸壓的增大而增加;半正弦函數(shù)脈沖波載荷比

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