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.     

飞行振动环境随机试验模拟的载荷等效

研究飞行振动环境载荷地面试验模拟的等效性问题。基于模态质量的振型叠加方法应用于结构随机振动的响应分析,导出了随机振动载荷等效的一般表达式。针对小阻尼稀疏模态结构,得出了随机振动载荷等效的一种工程设计方法,并通过数值模拟验证了方法的可行性。     

样条函数康托诺维奇法在复合材料板和圆柱曲板弯曲中的应用

样条函数康托诺维奇法是最新提出的一种数值型(或离散型)的康托诺维奇法。它既能化二维问题为一维问题,同时又具有样条函数法收敛快精度高,处理边界条件方便及平板曲板问题通用等优点。本文在板、壳勒夫——柯希霍夫假设的基础上,推导出金属、复合材料板、壳弯曲问题的基本公式。大量数值计算从各方面证明了本方法具有良好的使用性能。     

圆柱壳动力屈曲中载荷端质量的影响

圆柱薄壳受有轴向动力载荷作用的非线性响应计算中,以往忽略载荷作用端质量的影响。本文在推导和响应计算中,在系统动能T中把壳体载荷端质量的影响考虑进去,并且计算了载荷作用端不同质量对动力屈曲载荷的影响。同时包含了轴向惯性和边界效应的影响。     

考虑内压影响的加筋柱壳高效屈曲优化

针对运载火箭贮箱结构,基于渐近均匀化法建立考虑内压的非等厚筋条的加筋壳承载力快速计算方法。首先,采用渐近均匀化法获得加筋单胞的等效刚度阵,进而基于瑞利-里兹法计算考虑内压的整体失稳载荷,并基于板壳理论发展了加筋柱壳的蒙皮和筋条局部失稳载荷计算方法。此外,基于自适应代理模型优化方法,开展了考虑多种失效模式的加筋柱壳承载力最大化设计,以最优设计为例,分析了内压对加筋柱壳整体失稳载荷的影响规律。     

激光辐照充压壳体的破坏评价(Ⅰ)——破坏概率分析

时激光辐照充压壳体破坏(失效)的结果进行评价时,对有关物理参量的不确定性进行定量分析是必要的.以充压壳体破坏(失效)的断裂机理为基础,讨论了如何建立壳体结构破坏(失效)的评价方法,问题的核心是建立壳体结构破坏(失效)的概率模型.该模型中,将影响结构破坏的各个物理参量划分为驱动力和抗力两种类型,通过计算驱动力和抗力的均值和标准差,可得到结构的破坏概率.在此基础上,给出了数值算例,得到了不同加载条件下模型壳体的破坏概率.     

某碳纤维复合材料发动机壳体设计研制

介绍了某直径400 mm碳纤维缠绕复合材料发动机壳体的设计研制。根据该发动机的结构,以石棉/丁腈橡胶为壳体绝热层材料,用网格法建立了封头和筒段等结构层的模型,并给出了发动机的纤维缠绕壳体壁厚和层数设计结果,以及芯模制作、壳体绝热层成型和壳体裙装配等主要成型工艺。工作压力、气密和爆破等水压试验结果表明,所设计的碳复合材料发动机壳体满足性能要求。     

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。     

激光辐照充压壳体的破坏评价(Ⅱ)——局部热载作用下断裂参数的分布特性

在激光辐照充压壳体的破坏评价中,需确定断裂参数的分布类型及相关的分布参数.壳体材料的断裂韧性KIC是评估模型中对破坏结果有重要影响的断裂参量.因此,以壳体材料30CrMnSiNi2A的KIC为主要研究对象,利用数理统计的方法,对其相关分布特性进行了研究.首先,根据提供的样本,对于断裂参数的分布类型,利用Shapiro-Wilk W检验和正态概率纸检验,表明断裂参数的分布服从正态分布.其次,对于分布类型的数字特征,利用参数估计的方法给出了点估计结果,同时对估计精度及相关的最小样本容量进行了分析.这些问题为了解评估数据的可信程度提供了基础,同时也可为实验室数据处理提供了参考.     

激光辐照充压柱壳温度场和应力场数值模拟

考虑了材料参数随温度的变化,用有限元法计算了充压柱壳在不同预应力载荷、光强分别为均匀分布和高斯分布的激光辐照下的瞬态热力学耦合过程,计算出温度场和应力场。分析了热力学耦合规律,给出了破坏的危险部位。计算得到,应力峰值出现在激光加热的高温区和常温区的交界处;对于光强高斯分布,破坏首先发生在光斑中心附近;而对光强均匀分布,破坏首先会发生在边缘处。