C/E复合材料网格加劲壳临界外压计算的实验验证

本文给出了C/E复合材料三角形网格加劲壳几个临界外压试验结果,并与理论计算结果作了比较。比较表明:作者为复合材料网格加劲壳提供的临界外压计算公式是可用的。最后根据本文给出的少量临界外压试验结果,为复合材料网格加劲壳临界外压设计计算提供了试验修正系数的初步值。     

等网格加筋复合材料圆柱壳的总体稳定性和中间框临界刚度计算

本文用能量法对简支边界条件下有中间框加强的等三角形网格加筋复合材料层合圆柱壳在轴外压载荷联合作用下的线弹性总体稳定性以及中间框的临界刚度作了分析计算。部分理论计算结果还与实验结果作了比较,两者的一致性很好。本文所给出的一系列计算结果和得出的结论,对宇航工程结构设计人员有一定的参考价值。     

密肋偏心加劲圆柱壳的弹性稳定性

整体加劲圆柱壳是目前型号中应用得最广泛的结构型式。本文利用线性各向异性理论,导出了密肋偏心加劲圆柱壳的弹性失稳临界轴向应力的计算表达式。着重分析了肋条的偏心影响。分析结果表明:肋条偏心对于壳体的失稳模型和失稳载荷都有大的影响,对于文中所提到的试验件,考虑肋条偏心影响的临界轴压计算值此不考虑偏心影响的计算值约低20～30％。试验结果表明:考虑偏心影响的理论计算结果与试验结果是比较一致的。     

具有中间框的等网格加筋层合壳的非线性稳定性和临界刚度计算

本文采用修正的Hahn-Tsai复合材料非线性本构关系以及应用能量法,对具有中间框加强的等同格加筋复合材料层合壳的非线性稳定性和临界刚度进行了分析计算。通过大量数例计算,分析讨论了复合材料的非线性效应对轴压和侧向外压联合作用下的等网格加筋复合材料层合圆柱壳的稳定性临界力以及中间框临界刚度的影响。这些计算结果对复合材料的结构设计具有一定的参考意义。     

静强度

实验研究环加劲锥壳在轴压下皱损“实验力学”V10、No11、70年 P449—实验研究整体外部环加劲锥壳在轴压下皱损。实验结果同求刚度参数(e_2/h),(A_2/a_oh),(I_(22)/a_oh~3)以及壳体几何尺寸等影响的理论值进行比较。发现面积参数A_2/a_oh在0.1到0.5之间,理论值与实验值一致。超出这个范围,用增加环面积的方法加强改进结构是不合适的,因为壳的重量成线性地增加。提出一个计算临界载荷的近似公式,其结果非常接近线性理论计算临界值。     

轴压最优圆筒——几种加劲形式的比较

直角与斜角网格加劲圆筒最优设计已有好几位作者进行了研究。本文提供在给定载荷大小和圆筒长度、半径下六种加劲形状的最小重量设计研究结果,其中有一种是胶接薄壁圆筒结构。胶接圆筒结构中,薄板迭折成单向加劲件。用两个这样带单向加劲件的薄板,使加劲件成直角地胶接在另一薄板的两面上。如果胶接很牢,就可把它作为正交加劲件处理。通过结构综合求得圆筒的最优等效厚度。通常对几个起点采用内补偿函数的方法求得结果。所考虑的破坏形式有:总体屈曲、环向加劲件之间的屈曲、蒙皮的局部屈     

网格加筋中长圆柱壳网格角度的优化分析

为得到最佳的网格角度,考虑了筋条拉、弯的耦合影响,编写了计算网格加筋中长圆柱壳临界轴压的程序。进行了网格角度的优化分析,经过化铣网格加筋的试验验证表明:最优网格角度与网格筋条重量与蒙皮重量之比mb有关。mb通常在0.6～0.4之间,此时的最优网格角度约为±39o～±40o,相对网格角度为±45o的圆柱壳,临界轴压提高约20%～27%。     

轴压下圆柱加筋壳的热屈曲

圆柱加筋壳轴压和温度载荷下的稳定性是高速航天结构设计和安全评估中的关键问题。本文针对简支边界条件下纵横加筋圆柱壳在轴压和温度载荷联合作用下的屈曲问题进行了理论分析,考虑了加筋条的偏心效应以及材料属性的温度相关性,给出了临界屈曲载荷和温度载荷的解析表达式。测试算例验证了本文结果的可靠性,本文结果为研究各种几何和材料参数对轴压纵横加筋圆柱壳屈曲载荷的影响以及结构优化设计提供了重要的理论参考。     

不对称夹层壳的稳定性

不对称夹层壳是指两表层材料不同和厚度不等的夹层壳,设一表层材料的弹性模量和厚度为E_1,t_1,另一表层材枓的弹性模量和厚度为E_2=k_E E_1、t_2=k_1。过去有人对不对称夹层壳的稳定性作过研究,但推导过程太烦、临界载荷算式很复杂,不便工程使用。本文从工程使用的需要出发,用近似理论建立微分方程,并给出园筒壳轴压和外压的临界载荷算式。     

整体加筋圆筒的中间框临界刚度计算

本文采用能量法导出了有附加中间框加强的整体加筋圆柱壳在轴外压联合作用下,中间框临界刚度的简单的表达式,可供设计人员参考使用。     

轴压密肋偏心加劲圆柱壳的塑性稳定性

本文利用塑性变形理论,研究了密肋偏心加劲圆柱壳的轴压塑性稳定性,试验结果表明:理论计算值与试验结果比较一致。     

圆柱形块壳的动力稳定性

在导弹、火箭的飞行过程中,弹体结构除了承受静载荷外,还承受脉动载荷的作用。本文研究了在轴向静载和脉动载荷联合作用下,圆柱形块壳的动力稳定性问题,给出了结构主要不稳定区域和“联合”共振不稳定区域边界的计算方法,分析了单频脉动轴压、同相位多频脉动轴压和阻尼对结构动力不稳定区域的影响。分析计算结果表明:当使用轴向载荷接近于结构轴压失稳临界载荷时,小的脉动轴向载荷可能导致结构提前失去稳定性,而且失稳模态不同于静力失稳模态。因此,在结构设计中,宜采用载荷频谱图和结构动力不稳定区域图进行结构强度校核和结构可靠性评估。     

网格整体加筋贮箱圆筒壳结构优化设计

为完成网格整体加筋贮箱圆筒壳的结构优化设计,本文首先开展了网格整体加筋贮箱圆筒壳的有限元模型参数化研究;然后基于参数化模型,进行了网格加筋角度的优化设计和加筋尺寸与壁面厚度尺寸优化设计,讨论了网格尺寸和加筋角度与结构屈曲稳定性和质量之间的关系;并利用实验设计的方法构造响应面代理模型对网格尺寸和加筋角度进行了优化设计.通过以上参数化建模、代理模型构建和优化设计,得到了一套较为完整可行的网格整体加筋贮箱圆筒壳结构优化设计方法.最后还对研究过程中发现的问题进行了总结.     

等边三角形网格加筋壳轴压承载研究

随着新一代中型运载火箭研制的开展,贮箱焊接筒段的精细化设计成为结构减重、火箭提高运载能力的关键。对比分析国内外主要液体火箭贮箱筒段的不同网格加筋形式,发现三角形网格对轴压承载有着显著优势。随即对三角形网格加筋金属壳体的轴压承载能力展开算法分析、有限元计算和全尺寸级破坏试验的研究,最终验证等刚度铺层计算方法正确可行。理论分析和试验结果均表明,相比传统的斜置正交网格形式,三角形网格拥有更高的结构效率。按照结构最优原则设计的等重量三角形网格圆筒的轴压承载能力高出斜置正交网格15.3%左右。采用三角形网格加筋可有效减轻贮箱结构的重量。     

正交异性壳的临界外压计算

本文对正交异性壳在外压作用下的稳定性问題进行了研究,给出了适合工程计算的临界外压公式。文中还就生产工艺对铝-玻璃钢组合结构的承载能力影响作了定性分析,试验表明,该文给出的临界外压公式可以用于工程计算。     

网格加筋壳结构局部受热轴压承载能力分析

弹体结构设计中越来越多地采用网格加筋壳结构,结构局部受热将降低其承载能力。本文首先采用解析方法分析了受热平板的屈曲失效,在此基础上,对网格加筋壳体在轴压和局部热流作用下的承载能力进行数值模拟,表明材料的热膨胀系数是影响结构失稳载荷的主要因素,分析了局部热流对结构局部失稳和整体失稳承载力的影响,其结果对弹体结构局部受热或抗激光设计具有参考意义。     

密肋加劲圆筒壳轴压稳定性分析

1935年Taylor在文中对各向异性壳进行了探讨,后来在文和中,从各个方面对各向异性壳进行了研究。本文利用线性理论,导出各向异性筒壳Donnell型方程的特征方程,用多元函数求极值的法则,导出轴压稳定性临界载荷,极小值存在的充要条件。若极小值存在,此值就是临界值;若不存在极小值时,临界值(最小值)必然落在允许区域内的某一界面上。这一法则,对纤维缠绕的复合材料,夹层结构等各向异性结     

机身整体壁板在轴压载荷下后屈曲计算及结构优化

以民机机身组装壁板为基准,设计了等重量的整体壁板结构,并分别建立了两种壁板的有限元模型.通过组装壁板轴压试验结果与非线性、大变形的有限元计算结果比较,对有限元模型进行了验证,两者结果吻合很好.在此基础上,有限元计算分析得出了组装壁板与整体壁板在轴压载荷下的破坏形式与承载能力的差异.结果表明,整体壁板承载能力比现有的组装壁板承载能力提高了18.4%.最后基于有限元模型与二次响应面模型对整体壁板尺寸进行优化,优化后壁板轴压承载能力不变,结构重量减轻了8.7%, 故为整体壁板设计提供了很好的依据.     

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。     

复合材料蜂窝夹层结构轴压载荷下总体屈曲计算研究

对两种芯层厚度的复合材料蜂窝夹层板进行轴压载荷下的稳定性试验,给出了试验件的屈曲载荷及破坏形式。分别采用四种工程方法及线性与非线性有限元方法对轴压载荷下蜂窝夹层板的屈曲破坏载荷进行计算,根据试验结果,对各类方法的计算结果进行了误差分析并给出了其使用建议。对文献[8]中的方法,因计算过程简单,易于程序化实现,推荐在型号设计中使用。