【摘要】：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題是近代固體力學(xué)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容，也是目前工業(yè)設(shè)備中迫切需要解決的課題之一。梁和圓柱殼是工程中最常使用的結(jié)構(gòu)形式，從某種意義上來(lái)說(shuō)，對(duì)這類結(jié)構(gòu)屈曲問(wèn)題的研究，推動(dòng)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論的建立和發(fā)展。本文對(duì)梁和圓柱殼結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的動(dòng)態(tài)屈曲問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的理論分析，針對(duì)結(jié)構(gòu)后屈曲階段的非線性行為提出了行之有效的數(shù)值研究方法，并給出了符合文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的梁及圓柱殼的后屈曲模態(tài)。 本文首先介紹了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論的主要研究方向，分析了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，主要總結(jié)了沖擊載荷作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)屈曲問(wèn)題的研究方法和結(jié)論，評(píng)價(jià)了沖擊載荷下結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)屈曲的判別準(zhǔn)則。 本文認(rèn)為階躍沖擊載荷的傳播和發(fā)展依據(jù)應(yīng)力波理論，應(yīng)力波的傳播和反射具有局部性和發(fā)展性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)屈曲由局部向整體生長(zhǎng)和發(fā)展。 本文考慮結(jié)構(gòu)的非線性大撓度屈曲問(wèn)題，依據(jù)幾何方程，平衡方程，以及本構(gòu)關(guān)系，基于Hamliton變分原理導(dǎo)出彈性圓柱殼和梁的非線性運(yùn)動(dòng)控制方程，著眼于應(yīng)力波的傳播和反射理論，應(yīng)用有限元程序LS-DYNA3D對(duì)沖擊載荷下梁和圓柱殼結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)屈曲問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，研究分析了初始缺陷、邊界條件、幾何參數(shù)、動(dòng)力非線性效應(yīng)以及應(yīng)力波傳播效應(yīng)等因素對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)、動(dòng)力屈曲及動(dòng)力失效的影響。計(jì)算結(jié)果給出了屈曲模態(tài)發(fā)展過(guò)程的動(dòng)畫(huà)顯示，以及各種參量的時(shí)程曲線，分析了彈性圓柱殼從軸對(duì)稱屈曲到非軸對(duì)稱屈曲的發(fā)展過(guò)程，并討論了慣性效應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)屈曲發(fā)展的影響。 數(shù)值研究表明初始缺陷不是結(jié)構(gòu)發(fā)生動(dòng)態(tài)屈曲的必要因素，即圓柱殼是否出現(xiàn)動(dòng)態(tài)屈曲主要與沖擊速度和圓柱殼的幾何、物理參數(shù)有關(guān)。數(shù)值計(jì)算結(jié)果也得到了應(yīng)變率反向現(xiàn)象及應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)中傳播的一些有趣結(jié)果，計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。 本文借助于應(yīng)力波傳播規(guī)律和有限元數(shù)值方法研究了彈性梁殼結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下的動(dòng)態(tài)屈曲問(wèn)題。結(jié)構(gòu)受沖擊載荷作用時(shí)，必然伴隨著壓縮應(yīng)力波(縱波)、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波(橫波)以及彎曲應(yīng)力波的傳播，甚至應(yīng)力波的反射和透射等。正是由于具有局部特征的應(yīng)力波傳播，引起結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)屈曲局部或整體地發(fā)生和生長(zhǎng)，本文的研究方法為解決類似問(wèn)題和相關(guān)的研究方向提供了一個(gè)求解思路和途徑。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：TH114
【圖文】：

實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的一個(gè)問(wèn)題。另外一個(gè)更重要的問(wèn)題是關(guān)于沖擊載荷的測(cè)量，它直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，是一個(gè)魚(yú)待解決的技術(shù)問(wèn)題。圖1一5一1是Bisagni【叫在實(shí)驗(yàn)中得到的軸向沖擊載荷作用下圓柱殼的后屈曲模態(tài)，圖1一5一2是HongweiMa[1叫等在實(shí)驗(yàn)中得到的軸向沖擊扭轉(zhuǎn)載荷作用下圓柱殼的后屈曲模態(tài)�？偟膩�(lái)看，近十幾年來(lái)，屈曲問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究仍然主要采用電測(cè)方法;在數(shù)值計(jì)算方面，計(jì)及各種非線性效應(yīng)的影響，采用大型有限元程序精細(xì)地分析屈曲和后屈曲過(guò)程是今后的一個(gè)發(fā)展方向;遺憾的是在屈曲問(wèn)題的理論分析方面，特別是動(dòng)力屈曲準(zhǔn)則問(wèn)題上至今未能形成一致的看法，在這種格局下，人們大都針對(duì)各種具體結(jié)構(gòu)提出各自不同的研究方法，可以說(shuō)屈曲理論特別是動(dòng)力屈曲理論近十幾年來(lái)一直處于一種停滯不前

那么橫向位移將快速增長(zhǎng)，但是軸向載荷并不以相同的速率增長(zhǎng)(同橫向位移相比)。圖5斗16不同初缺陷下的長(zhǎng)徑比/曲率同臨界載荷的關(guān)系(日95本16、恤riationofb匹Uing】“記asafijnctionofslendern七ssra6oandc切，川勝爬ofbe山.)圖5斗16反映了不同幅值初缺陷情況下的長(zhǎng)徑比、曲率同臨界載荷的關(guān)系曲線。一般來(lái)說(shuō)，靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)情況下，Eulerl臨界屈曲載荷隨著長(zhǎng)徑比的減少而增大，但是，在動(dòng)態(tài)沖擊載荷下，情況并不總是這樣。如圖5斗16所示，對(duì)不同幅值的初缺陷，在動(dòng)態(tài)屈曲過(guò)程中，得到的結(jié)論和Euler屈曲現(xiàn)象不盡相同，這是由于當(dāng)梁越短，那么梁的曲率越大

彎曲應(yīng)力波同時(shí)發(fā)生，另外在屈曲的發(fā)展過(guò)程中存在幾何、接觸非線性以及慣性效應(yīng)。圖6一3一固定端各向反作用力矩的時(shí)程曲線圖(Fig石一3一6Thetime一storye切rvesofreactionmonentsonthefixed，end)比較圖6一3一3一圖6一3一6的各反作用力的時(shí)程曲線可以發(fā)現(xiàn):周向反作用力出現(xiàn)非零振動(dòng)幅值所需時(shí)間長(zhǎng)于軸向、徑向反作用力，這是因?yàn)橹芟蚍醋饔昧χ苯油瑥澢鷳?yīng)力波密切聯(lián)系，而彎曲波的傳播速度較壓縮應(yīng)力波慢得多，這是導(dǎo)致其滯后的主要原因:另外周向反作用力的發(fā)展趨勢(shì)也有所不同，其反作用力值不斷振蕩增大，雖然幅值比較小，但在一定條件下，可能發(fā)展成為屈曲后期階段不可忽略的因素，不象徑向反作用力和周向反作用力矩那樣，在加載階段作小幅增大的振動(dòng)，卸載荷后反作用力幅值激烈振蕩。6.3.3.2動(dòng)力屈曲中慣性力的分析圖6一3一養(yǎng)圖6一3一10是節(jié)點(diǎn)n瀏e7和node48的慣性力和力矩時(shí)程曲線圖，其中node7是距離固定端距離約為0.05L處節(jié)點(diǎn)

【引證文獻(xiàn)】

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6 張中才;大量程高頻響壓電加速度傳感器設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2008年

7 白志峰;大缸徑雙伸縮立柱在沖擊載荷下的強(qiáng)度分析[D];西安科技大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2745555