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。     

考虑几何及材料非线性直筒-锥段型钢结构冷却塔风致稳定性能研究

作为一种新颖的风敏感结构,直筒-锥段型钢结构冷却塔曲面形状和动力特性复杂、结构柔性和风致效应明显增大,整体稳定性能是其结构设计的瓶颈之一,尤其是结构几何、材料非线性及其高阶振型的影响。本文采用CFD技术数值模拟获得钢结构冷却塔表面风荷载分布模式,基于ANSYS软件建立主筒+加强桁架+附属桁架(铰接)耦合的一体化钢结构冷却塔有限元模型,以不同特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式,并基于几何及材料双重非线性有限元方法,系统研究了此类钢结构冷却塔在不同风速下低阶和高阶模态的稳定性能,涉及分歧失稳形态、极值失稳形态、临界失稳风速和静风响应。研究表明:考虑几何及材料双重非线性下钢结构冷却塔临界屈曲承载力下降;基阶屈曲波形相对较小,对几何初始缺陷不敏感;随着风速的增大,附属桁架最先发生失稳屈曲,然后依次为加强桁架和主筒。几何初始缺陷系数及阶数的改变对失稳临界风速影响较小,但随着阶数的增加,非线性分析过程中的变形趋势由附属桁架逐渐转移到主筒。所得主要结论可为此类新型钢结构冷却塔的抗风稳定性验算提供参考。     

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。     

平板焊接变形对铝合金搅拌摩擦焊加筋板

对搅拌摩擦焊加筋板筋条间平板的焊接几何变形形式进行了简化,参考Paik等人的统计分析结果给出了几何变形的幅值;采用有限元方法对结构的轴向压缩稳定性能进行数值计算,得到不同的几何变形形式对结构屈曲失稳和承载能力的影响,并分析了侧边支持条件对计算结果的影响。计算分析表明,总体上,文中定义的平板几何变形会使加筋板结构的一阶屈曲载荷增大,但会在一定程度上降低结构的承载能力;变形形式会影响结构的屈曲模态、屈曲载荷以及承载能力。     

平板焊接变形对铝合金搅拌摩擦焊加筋板轴压稳定性能的影响

对搅拌摩擦焊加筋板筋条间平板的焊接几何变形形式进行了简化,参考Paik等人的统计分析结果给出了几何变形的幅值;采用有限元方法对结构的轴向压缩稳定性能进行数值计算,得到不同的几何变形形式对结构屈曲失稳和承载能力的影响,并分析了侧边支持条件对计算结果的影响。计算分析表明,总体上,文中定义的平板几何变形会使加筋板结构的一阶屈曲载荷增大,但会在一定程度上降低结构的承载能力;变形形式会影响结构的屈曲模态、屈曲载荷以及承载能力。     

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。     

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。     

对称层合圆柱正交异性中心开孔扁球壳的非线性屈曲

在非线性屈曲理论基础上，考虑对称线布载体荷作用形式，导得相应控制方程，以分析中心开孔，即外边缘固定，以及内边级悬空的复合材料扁球壳非线性屈曲稳定性问题。为了求解本文的非线性屈曲问题，获得临界载荷计算公式，本文采用修正迭代法，即第一次迭代将非线性项略去，第干净人迭代将第一次迭代结果作为已知量代入非一项来获得临界载荷的解析计算公式，最后，本文以实例分析讨论了横向剪切变形、开孔大小、线布载荷位置的几何参     

筒段边界对大直径贮箱椭球箱底的内压稳定性影响研究

基于薄膜理论得到的椭球箱底应力分布没有考虑筒段边界的影响,不能真实反映椭球箱底/筒段结构的应力状态。利用有限元方法得到大直径贮箱椭球底/筒段结构的临界失稳载荷及负应力分布,同时进行材料的线性和非线性稳定性计算,得到椭球底/筒段结构的弹性和塑性临界屈曲模数。研究结果表明:筒段边界对椭球箱底环向屈曲存在抑制作用,筒段边界的存在导致箱底弹性临界失稳载荷较理论值偏大22.5%,环向负应力区域会向箱底顶端方向偏移,最大值出现在箱底赤道线偏上;椭球底/筒段结构的弹性临界屈曲模数为1.52,较理论值1.414大7.5%;材料进入塑性后,塑性变形将有助于缓解椭球箱底/筒段结构的塑性屈曲,塑性临界屈曲模数将高于弹性临界屈曲模数。     

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。     

复合材料蜂窝夹层结构的总体稳定性研究

采用两种有限元模型和工程方法分别对复合材料蜂窝夹层结构在压缩、剪切载荷作用下的总体稳定性进行了计算,根据各计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:对于承受压缩载荷的结构,采用工程计算法能够较好的预估结构的屈曲临界载荷,而对于承受剪切载荷的结构,采用三维有限元法能较好的计算结构的屈曲载荷。     

脉冲侧压下的筒壳弹性屈曲

本文利用弹性理论对在空气冲击波作用下的圆柱壳的侧压稳定性进行了计算分祈,在不圆度为1％、最大位移为半径的5％时,计算结果与实验结果有很好的一致性。引入等效加载时间概念来表征载荷的时间特性,得到了载荷～冲量关系。通过对各种结构尺寸的临界载荷的计算,证明动力过载系数不仅与加载时间有关,而且与结构有关。在厚度一半径比大于0.005或长度-半径比小于4的区域内,临界载荷对结构几何参数比较敏感。     

微分求积单元法分析变曲率井内受径向约束管柱的非线性屈曲

基于Love的空间弯扭杆平衡方程,通过引入井壁约束条件导出了平面变曲率井内受径向约束管柱的平衡方程。采用微分求积单元和增量迭代法求解了曲率线性变化的井内管柱的非线性屈曲问题,通过与有限元计算结果的对比验证了所构建方法和编写程序的正确性,而且还表明微分求积单元法有方法简单、易于实施,计算量少、精度较高等优点。计算结果表明,等曲率井内管柱屈曲的临界载荷明显大于曲率线性变化井内管柱屈曲的临界载荷,另外,变曲率井眼的曲率变化对管柱弯矩、井壁约束力有显著的影响。     

长桁与蒙皮脱粘对复合材料加筋板承载能力影响分析

复合材料结构在制造和使用过程中,难免产生分层损伤,这些损伤都会在不同程度上影响结构的承载能力。针对复合材料加筋板,采用有限元动态显式分析方法,分析长桁与蒙皮脱粘面积对加筋壁板结构屈曲和后屈曲承载能力的影响。在ABAQUS商业化有限元分析软件及其二次开发平台上,利用用户自定义材料(VUMAT)的方法对材料性能进行连续衰减,实现加筋板轴压载荷作用下的渐进式失效分析。建立了脱粘面积与结构承载能力之间的关系,研究结果可为合理制定复合材料构件缺陷验收标准和结构修理容限提供分析依据。     

组合荷载作用下非完善层合板后屈曲分析的半解析法

本文采用经典层合板理论，研究横向荷载作用下面内受压非完善复合材料层合板的后屈曲问题。分析中将板在横向荷载作用下产生的小挠度弯曲变形和几何缺陷视为结构的初始挠度，给出了基于摄动技术、单向DQ离散格式和Galerkin法的半解数值分析方法，可方便地分析不同边界约束（简支、固支、弹性转动约束等）层合板的后屈曲性态。文中通过算例讨论了边界约束、荷载型式、纤维铺设方式等因素层合板后屈曲行为的影响。     

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。     

圆柱壳轴向塑性动力失稳的第二临界速度

本文利用铝合金材料200多个9种不同厚度的圆柱壳研究在轴向冲击载荷作用下的塑性失稳问题。实验结果表明:不同半径a与厚度h比值的圆柱壳受撞击的塑性失稳,其屈曲模态会对应两个失稳临界速度V_(c1)、V_(c2),前者对应于轴对称屈曲模态,在a/h一定范围内后者比前者可以大一倍,一般是非轴对称屈曲模态,可认为它丧失承载能力。     

双偏心螺栓组件力学性能分析研究

针对多偏心螺栓组件在飞机上的连接需求以及多重偏心状况影响的研究缺失,本研究结合传统偏心螺栓分析步骤与多重偏心极限位置分析与简化方案,提出了一套新型多重偏心螺栓组件分析流程。根据该流程计算分析了某型飞机上双偏心螺栓组件的偏心特性,综合考虑了多种偏心状况对该组件力学性能的影响,并且根据极限应力状况下的工况对结构参数完成了优化分析。结果表明,在小偏心状况下对于结构整体受力影响不显著;在组件大偏心情况下,当组件偏心方向与载荷方向相垂直时偏心结构会出现极限应力状态。该研究充分说明了新型多重偏心螺栓组件分析流程的技术可行性,也为实际的飞机零部件装配提供了较好的参考。     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳屈曲多目标优化设计

针对复合材料圆柱壳屈曲载荷最大化和缺陷敏感度最小化问题,提出以铺层纤维方向角为设计变量的基于遗传算法的多目标优化方法,采用层合壳屈曲理论计算临界载荷和统计方法计算缺陷敏感度,对由多个个体组成的群体施加选择、交叉和变异等演化操作,通过多代进化得到问题的pareto解.算例优化结果与采用离散方法得到的目标空间解边界比较吻合,验证了方法的准确性和有效性.