轴压铆接加筋板局部屈曲弹性支持分析方法

考虑铆钉连接对筋条扭转弹性支持作用的影响,利用三角函数构造筋条在铆钉连接情况下的扭转支持刚度,采用里兹能量法建立轴压铆接加筋平板蒙皮局部屈曲问题的弹性支持理论分析模型及分析方法。分别采用试验方法、有限元方法、工程简化分析方法和本文分析方法对典型轴压金属Z形铆接加筋平板的蒙皮局部屈曲临界应力进行算例分析,验证了本文分析方法的合理性。在此基础上进一步研究了不同的铆钉间距和铆钉连接方式对加筋板蒙皮局部屈曲临界应力的影响。结果表明：在Z形加筋板结构形式、尺寸、铆钉间距皆为工程常用范围的前提之下,若铆钉连接方式不变,改变铆钉间距对屈曲临界应力影响不足1%;若铆钉间距不变,单排连接改为双排或者交错排可以提高屈曲临界应力约11%。     

Nomex蜂窝芯静态压缩屈曲与后屈曲分析

基于自动铺丝工艺,为获得良好的蜂窝夹层结构自动铺放成型质量,建立了Nomex蜂窝芯在压辊压力下的屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法。采用线性屈曲分析法(特征值分析法)对蜂窝单元进行屈曲分析,得到一阶屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;引入初始结构几何缺陷,采用非线性屈曲分析法(弧长法)对Nomex蜂窝单元后屈曲行为进行分析,输出参考点RP-1的载荷-位移曲线,得到弧长法计算的屈曲载荷以及极限载荷值。通过对比试验结果与两种屈曲分析法得到:对于分析临界屈曲载荷,特征值法较弧长法更精确;而弧长法可以更好模拟结构的后屈曲行为,计算结果与试验数据基本吻合,为Nomex蜂窝夹心结构自动铺放成型过程中铺放压力的选取提供参考。     

考虑筋条扭转弹性支持的轴压复合材料加筋板局部屈曲分析方法

考虑筋条的扭转弹性支持作用,采用里兹能量法建立了轴压复合材料加筋壁板蒙皮局部屈曲问题的理论模型。考虑筋条下缘条对蒙皮的影响,对该理论模型提出了一种改进计算方法。对典型复合材料加筋平板轴压局部失稳临界载荷进行算例分析,通过理论分析结果、试验结果和有限元仿真结果的比较,验证了本文方法的合理性。同时实验结果表明,采用本文方法可显著提高蒙皮局部屈曲载荷计算结果的精度。本文方法可用于复合材料加筋壁板蒙皮局部稳定性前期分析设计中。     

复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲分析

为了建立复合材料加筋壁板承受压缩载荷下屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法,对复合材料加筋壁板进行了压缩稳定性试验和有限元分析研究。采用特征值分析法对加筋壁板进行了屈曲分析,得到加筋壁板的屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;根据加载端的载荷-位移曲线采用弧长法(Riks),得到了弧长法的屈曲载荷及后屈曲承载路径;引入失效准则,得到后屈曲直至破坏的承载能力。对比两种有限元分析法与试验结果可以得到:加筋壁板的后屈曲承载能力很大,特征值法分析屈曲载荷较弧长法更精确,而弧长法可以更好模拟后屈曲行为,建立的分析法与试验结果吻合较好。     

复合材料连续层合板的屈曲特征方程

采用Laplace变换研究了复合材料连续层合板的屈曲,得到了其屈曲模态及屈曲特征方程。     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

关于综合模态屈曲理论的研究

本文讨论了综合模态屈曲理论。该理论同时考虑多个模态及其相互作用对结构屈曲的影响,能解释以往的屈曲理论所不能解释的屈曲现象,对实践有重要的指导意义。     

斜直井中钻柱非线性屈曲的有限元分析

建立了直井中钻柱屈曲的平衡方程及对应的泛函表达式，并首次采用有限元法对斜直井中钻柱屈曲的整个过程进行了分析。力学模型中考虑了重力、井斜角和扭矩对屈曲的影响，并将计算结果与前人的结论作了比较。分析结果表明：发生屈曲的是钻柱轴向载荷较大的下部，这部分的井壁约束力、钻柱弯矩、位移和位移的一阶导数呈周期性变化，载荷增大时钻柱屈曲从钻头处向钻柱上部扩展；钻柱上部不屈曲，井壁约束力随载荷增大而增大，弯矩为零。井斜角增大时，钻柱下部的屈曲段长度和屈曲位移的幅值逐渐减小。井壁法向约束力在上部未屈曲段的常值逐渐增大，在屈曲段幅值逐渐减小。钻柱弯矩在未屈曲段为零，在下部屈曲段幅值减小。扭矩增大使屈曲位移增大，但增幅很小。     

考虑剪切变形时轴向载荷联合作用下压杆屈曲

在考虑剪切变形对压杆弹性屈曲影响的基础上,采用摄动法研究了压杆在轴向压力和轴向均布、载荷联合作用下的弹性屈曲问题,推导出了压杆弹性屈曲模态函数和屈曲载荷的特征方程,并讨论分析了剪切变形、轴向压力、轴向均布载荷对压杆屈曲的影响。算例分析表明,摄动法计算的结果与Bessel函数法计算的结果相差较小,剪切变形对压杆在轴向压力和轴向均布载荷联合作用下发生弹性屈曲影响不大。     

中心开孔加筋壁板压缩性能研究

为了研究飞机结构中不同开孔尺寸加筋壁板在压缩载荷下的屈曲行为和后屈曲行为,本文设计了相应的试验方法和试验夹具,完成了壁板压缩试验。得到了不同开孔尺寸加筋壁板的屈曲/破坏载荷、失稳过程及破坏模式。结果表明：加筋壁板的屈曲模式是筋条间蒙皮和筋条外蒙皮发生相反的变形,且屈曲模态随载荷的增加发生多次跳变;加筋壁板的压缩破坏模式是在屈曲变形的基础上筋条伴有明显的变形。针对不同开孔尺寸的加筋壁板进行压缩加载有限元仿真,得到的屈曲与破坏模式和试验的吻合,屈曲/破坏载荷与试验结果的误差在4%以内,验证了有限元模型的有效性。随着开孔尺寸的增加,加筋壁板的屈服载荷先缓慢减小后快速增大;壁板的破坏载荷逐渐减小,最终结构失去后屈曲承载能力。     

GFRP泡沫夹芯管轴压局部屈曲试验分析（英文）

为研究玻璃纤维增强塑料(Glass fiber reinforced plastic,GFRP)泡沫夹芯管轴向受压局部屈曲性能,本文开展了以聚氨酯泡沫为芯层的GFRP泡沫夹芯管的轴向受压屈曲试验,并在试验的基础上开展了局部屈曲性能数值模拟分析,得到了这种结构的屈曲破坏现象和相关参数影响规律。研究表明,GFRP泡沫夹芯圆柱壳的局部屈曲有共同屈曲和分层屈曲两种形式;端部局部屈曲、端部剪切破坏和界面剥离是比局部屈曲更低效的破坏形式,需通过构造措施来加以抑制;局部屈曲承载力随芯层密度的增加而线性增加;当芯层密度较高(大于0.05g/cm~3)时,增加芯层密度对提高承载效率的效果对于壁厚较大的试件不如对壁厚较小的试件明显;局部分层屈曲是比局部共同屈曲承载效率更低的破坏形式,可通过提高芯层密度加以抑制,保证内外管壁协调工作;夹芯圆柱壳承载力均随高径比的增加而增加,但承载效率随高径比的增加而持续下降。     

含面芯脱粘边缘闭合蜂窝壁板压缩稳定性研究

基于有限元软件ABAQUS,分别建立了无损伤和含板芯脱粘缺陷的边缘闭合蜂窝壁板的三维有限元模型。利用3种建模方法对比研究了边缘闭合蜂窝壁板在压缩载荷作用下的屈曲载荷规律和失稳模式。采用夹芯板理论将蜂窝芯等效为正交各向异性结构,板芯之间的胶层使用cohesive单元进行模拟。研究结果表明:随着脱粘尺寸的增加,蜂窝壁板的屈曲载荷呈现下降趋势;当30 mm≤D≤80 mm时结构由混合屈曲过渡到局部屈曲;两种等效模型发生局部屈曲后,无论是结构的屈曲载荷规律和屈曲载荷值还是失稳模式,均近似接近原始模型结果。     

新型空间可展单簧片结构屈曲分析

簧片结构作为新型空间可展铰链的核心部件,其典型的失效形式就是屈曲以及屈曲引起的各种损伤破坏。本文以新型空间可展单簧片结构为研究对象,基于ABAQUS软件分析平台,引入改进的弧长法进行非线性有限元分析,研究了簧片两端分别受纯弯曲和轴向压缩载荷作用下的屈曲行为。研究中考虑了初始几何缺陷和载荷偏心对结构稳定性及承载能力的影响。结果表明,引入初始几何缺陷后结构临界屈曲载荷明显下降,缺陷因子越大,计算得到的临界屈曲载荷越小,后屈曲承载能力越小。此外,载荷正向偏心时,随偏心量增加,临界屈曲载荷先增大而后递减;载荷负向偏心时,偏心量越大,临界屈曲载荷越小。该研究对于提高新型空间可展结构的稳定性具有一定的参考价值。     

盘绕式伸展机构非线性屈曲模式的试验研究与数值仿真

针对盘绕式伸展机构在轨工作的特点,对其在不同钢丝绳预紧力和机构高度下的非线性屈曲模式和屈曲载荷开展了相关的试验研究。根据其几何非线性特点,采用弧长法对试验状态下结构的非线性屈曲模式进行了仿真分析。研究结果表明：(1)数值仿真计算得到的屈曲模式和屈曲载荷与试验结果一致;(2)伸展机构的屈曲模式与钢丝绳预紧力和机构高度密切相关,处于张紧状态的钢丝绳可显著提高伸展机构的轴压、弯曲承载能力。分析结果也为其他同类机构的设计和试验提供了参考依据。     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型的数值验证

采用有限元法对等曲率井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型的控制微分方程进行了求解,对准静态加载模型的合理性进行了数值验证,力学模型中考虑了钻柱的重力,澄清了钻柱螺旋屈曲特征值问题和准静态加载问题的理论基础。分析表明,等曲率井中钻柱的螺旋屈曲过程是一个稳定的加载过程,将等曲率井中钻柱的螺旋屈曲问题作为一个准静态加载问题来分析是合理的,采用准静态加载模型计算得到的钻柱初始失稳载荷与钻柱正弦屈曲线性特征值问题的分析结果吻合。     

轴对称同心环支承厚圆板的屈曲

采用奇异函数研究了轴对称同心环支承厚圆板的屈曲,并得到了轴对称同心环支承厚圆板的屈曲特征方程。     

弯扭载荷作用变刚度复合材料圆柱壳的屈曲优化

通过曲线纤维轨迹设计,变刚度复合材料圆柱壳将拥有比常刚度(直线纤维)圆柱壳更好的抗屈曲稳定性。为研究弯扭载荷作用下曲线纤维铺层形式和几何参数对变刚度复合材料圆柱壳屈曲性能的影响,建立了变刚度复合材料圆柱壳的参数化有限元模型,结合序列二次响应面方法和圆柱壳屈曲优化模型建立了复合材料圆柱壳曲线纤维轨迹优化的设计流程;以准各向同性铺层复合材料圆柱壳为比较基准,对弯扭载荷作用变刚度圆柱壳在不同铺层方式、不同几何参数下的屈曲性能进行了优化比较。数值结果表明:弯扭载荷作用下,变刚度圆柱壳的屈曲性能随弯矩载荷占比增加而提高,均好于准各向同性圆柱壳,但扭矩载荷占优时,优化常刚度圆柱壳的屈曲性能更具有优势。     

剪切刚度对复合材料层合扁球壳非线性振动屈曲的影响

本文采用突变理论,建立了复合材料层合扁球壳非线性振动屈曲的突变模型,分析了剪切刚度对复合材料层合球壳非线性振动屈曲性态的影响。     

基于温度/变形场耦合测试的热屈曲行为研究

高速飞行器在服役期间面临着严酷的高温环境,引起飞行器薄壁结构屈曲失稳,从而严重影响飞行器结构的完整性和可靠性。本文开展瞬态热环境下薄壁结构热屈曲行为的试验研究,首先,结合红外测温和数字图像相关方法,建立温度/变形耦合测试方法,根据温度场分布及热膨胀系数除去虚应变,获得了机械热应变,并利用此方法研究了典型薄壁结构热屈曲行为特点;随后,把温度/变形耦合测试方法的精度与中温应变片进行了比对,验证了此测试方法的有效性;最后,通过位移随温度变化曲线和应变随温度变化曲线研究热屈曲临界温度判定方法,为航天飞行器薄壁结构抗屈曲性能设计以及航天飞行器结构的强度设计提供技术支撑。