一种航天器加筋锥壳结构轴压稳定性研究

研究了开口型截面桁条加强蒙皮锥壳结构的局部稳定性计算方法;并用平板/加筋圆筒极限轴压的有效宽度法计算其极限载荷,得出加筋锥壳结构局部稳定性和整体稳定性的分析方法。     

薄壁加筋圆柱壳后屈曲分析方法研究

基于有限元采用非线性显式动力学分析方法,开展了轴压作用下薄壁加筋圆柱壳结构的后屈曲行为研究,比较了加筋圆柱壳结构筋条截面高宽比、蒙皮厚度、加筋疏密程度等结构几何参数对显式非线性算法计算屈曲临界载荷与隐式非线性算法计算结果的差异。研究结果表明,结构筋条质量与蒙皮质量之比大于0.4时,显式计算结果与隐式计算结果趋于一致,当筋条质量与蒙皮质量之比小于0.4时,显式算法计算结果与隐式算法计算结果会产生波动性差异。显式非线性分析能快速高效分析筋条质量与蒙皮质量之比大于0.4的薄壁加筋圆柱壳结构后屈曲行为。     

推进剂贮箱壳体稳定性计算方法

应用扁壳理论,考虑加筋偏心,导出斜置加筋的推进剂贮箱壳体受轴压、轴侧压、轴内压载荷稳定性的计算方法.在运载火箭贮箱结构设计中的应用表明,该计算方法的理论值与试验值比较一致.     

复合材料格栅加筋板布局优化设计

采用遗传算法在总体屈曲约束条件下对复合材料格栅加筋板进行布局优化设计。采用一种参数化的平铺等效刚度计算方法,用于分析格栅加筋板的总体屈曲。最后通过有限元分析对优化结果的有效性进行验证。设计变量为轴向和横向的筋条间距、筋条高度和厚度,筋条的布局。该方法适用于在给定板的全部可选尺寸参数,面内设计载荷,边界条件,材料属性条件下,对复合材料格栅加筋板进行质量最轻的布局优化。     

加筋圆筒壳轴压稳定性计算方法

推导出在简支边界条件下轴压临界屈曲载荷的计算方法.在推导中考虑了蒙皮、加筋的不同材料,加筋(或桁条和框)的弯曲、扭转、伸缩和偏心影响.     

放射加筋圆筒壳稳定性计算方法

根据放射加筋结构的特点,将其简化成当量正置加筋圆筒壳计算模型,应用正交异性壳体理论,推导出放射加筋圆筒壳或曲板轴压,以及轴侧压组合临界载荷计算方法。为了比较,给出三个试验件的计算值和试验结果。     

锥壳承受短脉冲载荷的实验研究

运用强光引爆喷涂于结构表面的光敏炸药对结构加载的方法,对承受短脉冲均匀外压的锥壳进行了实验研究。测得了锥壳内壁的应变随时间变化的曲线,得到了两种不同几何尺寸的铝质锥壳动态失稳破坏的临界冲量值。将实验结果与较长脉冲载荷作用下柱壳的结果作了比较。     

基于非线性有限元降阶方法的网格加筋筒壳结构屈曲承载特性研究

非线性有限元数值计算方法是结构屈曲性能评估的主要手段,然而该方法需要基于精细网格迭代求解,降低结构非线性计算规模是其关键技术之一。采用一种结构非线性有限元降阶方法,对均匀轴向压载荷作用下的网格加筋筒壳结构进行了细致的承载稳定性特性分析。该方法将Koiter初始后屈曲理论与Newton弧长法相结合,通过多次使用Koiter摄动展开来跟踪结构非线性平衡路径。计算比较了特征值屈曲载荷和计及几何非线性效应的非线性屈曲载荷值;采用侧向小扰动载荷模拟结构初始几何形状缺陷,分析了缺陷幅度对临界屈曲载荷的影响规律,在验证了非线性有限元降阶方法分析精度的同时,细致考核了该方法在结构非线性屈曲分析以及缺陷敏感性分析中的计算效率优势。     

碳-环氧树脂复合材料三角形网格加劲壳的总体稳定性

碳-环氧树脂(C/E)复合材料三角形网格加劲壳是一种先进的宇航结构。其总体失稳临界载荷计算是设计中的一个重要问题。本文为这种壳体结构的临界载荷计算提供了一个计算方法。为了验证这个计算方法,本文给出了三个C/E复合材料三角形网格加劲圆筒壳的外压试验结果。临界外压的实验结果与理论予示相当一致。因此,本文提供的临界外压计算公式可供设计使用。     

壳体轴压失稳载荷的非破坏预示

本文提出了侧向柔度法。该方法把壳体的侧向柔度率作为控制参数,研究该参数随轴压的变化特性,结合低载荷下的实测数据,运用最小二乘法原理进行拟合,可预示失稳载荷。计算实例表明,这种方法是可行的。     

基于有限元仿真的薄壁圆柱壳轴向动力屈曲实验研究

研究薄壁圆柱壳的动力屈曲行为，有助于构造具有高吸能率的抗爆和抗冲击结构。基于有限元仿真，比较撞击系统动能的时间历程和屈曲变形的时间历程，提出了用以确定第二临界速度的能量迭代法，应用此方法设计薄壁圆柱壳的动力屈曲结构可有效地减少试验次数，降低实验成本。该方法的可行性和正确性利用落锤实验得到了验证。另外，数值仿真和实验研究表明：轴向冲击下的薄壁圆柱壳，随径厚比的增加，折屈边数有明显增加的趋势。     

复合材料格栅结构稳定性分析

推导了复合材料层合壳单元和层合梁单元的切线刚度阵,并给出用于复合材料格栅结构分析的梁壳刚度阵,建立了相应的复合材料格栅壳体结构有限元模型,并对其特征值稳定性的计算进行了研究.考虑了单元剖分大小对结构屈曲临界力和模态波形图的影响,并结合实际情况分析了边界条件变化对结构屈曲稳定性的影响,为工程中复合材料格栅结构的设计提供了有益结论.     

大型运载火箭加筋柱壳近似建模方法

为提高大型运载火箭中薄壁加筋柱壳结构的后屈曲分析、优化设计的计算效率,提出基于矩估计的增广径向基函数(ARBF)近似建模方法。首先,分析了形状参数对ARBF近似模型泛化能力的影响规律;然后,基于样本点局部密度给出了ARBF基准形状参数确定方法,并根据模型响应特点,引入缩放系数对形状参数进行自适应调整;进一步,基于矩估计方法将确定形状参数的复杂域优化问题转化为确定缩放系数的优化问题,并利用多起点并行优化算法求解该问题,显著降低了计算复杂度;最后,通过典型数值算例和工程应用,对比研究了本文方法与其他典型近似建模方法的优劣。数值和工程算例表明,相较其他典型近似建模方法,本文方法可通过训练较少的样本点达到较高的近似精度,对比结果验证了本文方法的有效性和高鲁棒性,表明其具有一定的工程应用价值。     

Optimization of imperfect stiffened cylinders under destabilizing loads

A design procedure is outlined for optimizing stiffened, thin circular, cylindrical shells subject to a given set of destabilizing loads, in the presence of a specified initial geometric imperfection. The procedure incorporates two distinct steps (a) optimization based on linear buckling analyses and (b) imperfection sensitivity studies of the optimum design point from (a) as well as of the surrounding design space. A comparison of all these designs yield the true optimum in the presence of the specified geometric imperfection. The present methodology is fully demonstrated through two illustrative examples, one dealing with an axially loaded stiffened cylinder and one with a torsionally loaded one.     

复合材料层合锥壳非线性稳定性的有限元分析

本文根据稳定性分析的前屈曲完全理论和修正型的Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ非线性本构关系，采用有限元法分析了复合材料层合回转壳的非线性稳定性，讨论了屈曲产壳体法向与面内支承条件和复合材料的横向和剪切非线性性能对壳体结构总体稳定性的影响，为工程结构设计者们提供了一些有益的参考意见。     

充有弹性介质多层复合材料圆筒壳稳定性

本文分析了充有弹性介质的多层复合材料圆筒壳在轴压、侧压与水压作用下的稳定性。所采用的方法是用Galerkin—差分法求介改型的Donnell方程,再根据稳定准则确定临界值。若干算例已在文中列出。计算结果表明:内部介质材料性能和壳体的边界条件对临界载荷有较大影响。本文采用的分析方法和结论可供固体火箭发动机壳体设计工作者参考。     

Nonlinear deformation of a longitudinally corrugated shell structure with uniform load

In this paper, we study the nonlinear deformation of a longitudinally corrugated shell (a type of morphing structure) with a uniform load. We derived the governing equations of the deformations of that corrugated shell with Nayfeh and Pai's [1] initial curvature of shell geometries and developed numerical solutions for that nonlinear mechanics problem. This numerical method is extremely efficient since no element discretization is implemented. The obtained solutions can be verified by comparing with the analytical solution for the same structure with infinitesimal strains. Furthermore, we apply the present method to study a cylindrical shell under the uniform internal pressure, and find that the displacements and internal forces of the cylindrical shell agree well with results obtained from von Kármán nonlinear shell theory. Finally, from parametric studies, we can figure out that the increment of the percentage of the arc part and the total length of the corrugated ring can increase the expansion and internal forces of the corrugated ring. And the configuration of the corrugated ring are more sensitive to the change of geometry and material parameters than internal forces, which indicate that the morphing function can be realized through the change of geometry and material parameters of the structure without great change in the maximum internal forces of the ring. By comparing the results from present nonlinear theory with those from linear theory, we can also find that the displacements and internal forces obtained from linear shell theory can either be exaggerated or disguised for the different configurations of the ring.     

薄壁加筋壳强度变差系数仿真预估方法研究

针对运载火箭结构价格昂贵,通过试验获取强度变差系数困难问题,提出了基于产品实测数据仿真预估强度变差系数方法。以轴压载荷作用下的1 m直径薄壁正交网格加筋圆柱壳试验件为对象,开展了实现技术途径及试验验证研究。测量并统计试验产品材料性能、结构尺寸及几何形貌不确定性;应用双重傅立叶级数对实测几何形貌表征,将其引入到结构理想有限元分析模型,实现极限强度精确仿真分析;采用混沌多项式展开(Polynomial Chaos Expansion, PCE)代理模型,实现考虑关键参数不确定性的极限强度高效模拟打靶和强度总体变差系数预估;并开展了3个试验件的轴压强度破坏试验验证。结果表明,预估的强度变差系数可很好包络试验样本变差系数,具有较高可靠性的同时,相对历史统计数据有较大降低,对实现结构可靠性安全系数的精确量化设计,挖掘现代先进结构承载潜力有重要意义。