本文選題：大型結(jié)構(gòu)　切入點(diǎn)：復(fù)雜機(jī)械　出處：《燕山大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在大型液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)中,往往會(huì)在一些重要的復(fù)雜零部件上出現(xiàn)因局部高應(yīng)力而導(dǎo)致的局部塑性變形問題。這是一類通過建立在彈性力學(xué)基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)分析方法無法解決的強(qiáng)度分析問題�；诎捕ɡ碚摰慕Y(jié)構(gòu)分析方法,因允許承載結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域在其整體結(jié)構(gòu)安全服役的前提條件下發(fā)生一定程度的塑性變形,所以可以用來解決此類問題。為此,本文針對(duì)大型液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)的彈塑性強(qiáng)度分析問題,應(yīng)用安定理論,建立了一種適用于大型復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)安定性分析的有限元方法。該方法不僅考慮了常用結(jié)構(gòu)鋼隨動(dòng)硬化特性對(duì)結(jié)構(gòu)安定性的影響,而且還適用于結(jié)構(gòu)在同時(shí)承受恒定載荷和循環(huán)載荷作用的情況。針對(duì)由隨動(dòng)硬化材料構(gòu)成的機(jī)械結(jié)構(gòu),應(yīng)用考慮材料隨動(dòng)硬化特性的下限安定定理,通過構(gòu)造時(shí)間無關(guān)的自平衡應(yīng)力場(chǎng),采用解析方法推導(dǎo)出了結(jié)構(gòu)安定極限載荷的一般表達(dá)式,并且給出了結(jié)構(gòu)在對(duì)稱循環(huán)加載和非對(duì)稱循環(huán)加載時(shí)安定極限載荷的表達(dá)式。應(yīng)用這些結(jié)果對(duì)考慮材料隨動(dòng)硬化特性的薄壁管受對(duì)稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)及非對(duì)稱循環(huán)拉伸作用、法蘭管受非對(duì)稱軸向載荷及非對(duì)稱壓力作用和帶中心圓孔方板受非對(duì)稱拉伸載荷作用時(shí)的問題進(jìn)行安定性分析,結(jié)果表明,本文的結(jié)果與文獻(xiàn)中的結(jié)果相吻合。針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)同時(shí)承受恒定和循環(huán)載荷作用的情況,根據(jù)Polizzotto下限安定定理構(gòu)造了與恒定載荷相平衡的應(yīng)力場(chǎng),推導(dǎo)出了與該應(yīng)力場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)安定條件。在此基礎(chǔ)上分析了結(jié)構(gòu)在恒定和循環(huán)載荷共同作用下的安定性,求得了結(jié)構(gòu)在同時(shí)承受恒定和循環(huán)載荷作用時(shí)安定極限載荷的一般表達(dá)式。應(yīng)用上述一般解析解,對(duì)同時(shí)受恒定拉伸和對(duì)稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)作用的薄壁管,進(jìn)行了安定性分析,結(jié)果顯示,其安定解與相關(guān)文獻(xiàn)給出的安定解相一致�？紤]到工程實(shí)際中大型復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的常用材料特性和所承受載荷的特點(diǎn),通過構(gòu)造時(shí)間無關(guān)、且與恒定載荷相平衡的應(yīng)力場(chǎng)及時(shí)間無關(guān)的背應(yīng)力場(chǎng),推導(dǎo)了由隨動(dòng)硬化材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu),在同時(shí)承受恒定與循環(huán)載荷作用時(shí)的結(jié)構(gòu)安定條件。并提出了特定的加載路徑,利用增量彈塑性有限元技術(shù),根據(jù)上述安定條件,建立了一種適合于大型復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)安定性分析的彈塑性有限元方法。該方法的有效性得到了Q235帶中心圓孔方板安定性實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。通過對(duì)某大型鍛造液壓機(jī)主液壓缸及某大型鍛造液壓機(jī)上橫梁的安定性分析,分別確定了其安定極限載荷及彈塑性強(qiáng)度安全裕度。
[Abstract]:In the structure of large hydraulic press body, The problem of local plastic deformation caused by local high stress is often found in some important complicated parts. This is a kind of strength analysis problem which can not be solved by means of structural analysis based on elastic mechanics. Structure analysis method based on shakedown theory, This kind of problem can be solved by allowing a certain degree of plastic deformation to occur in the local area of the bearing structure under the precondition of safe service of the whole structure. In this paper, the stability theory is applied to the elastoplastic strength analysis of the bulk structure of a large hydraulic press. A finite element method for structural shakedown analysis of large and complex mechanical structures is established, which not only considers the influence of the following hardening characteristics of common structural steels on the structural stability. It is also applicable to the case that the structure is subjected to constant load and cyclic load at the same time. The lower bound shakedown theorem, which considers the characteristics of the material, is applied to the mechanical structure composed of the following hardening material. By constructing a time-independent self-equilibrium stress field, a general expression of the limit load of structural shakedown is derived by means of analytical method. The expressions of the shakedown limit load of the structure under symmetric cyclic loading and asymmetric cyclic loading are given, and the results are applied to the symmetrical cyclic torsion and asymmetric cyclic tension of thin-walled tubes which take into account the following hardening characteristics of materials. The stability analysis of flange pipe subjected to asymmetric axial load and asymmetric pressure and asymmetric tensile load on the square plate with a central circular hole shows that, The results in this paper are consistent with those in the literature. According to the Polizzotto lower bound shakedown theorem, the stress field in equilibrium with the constant load is constructed according to the condition that the mechanical structure is subjected to both constant and cyclic loads at the same time. The structural shakedown condition corresponding to the stress field is derived, and the stability of the structure under the combined action of constant and cyclic loads is analyzed. The general expression of the shakedown limit load of the structure subjected to constant and cyclic loads at the same time is obtained. Using the above general analytical solution, the shakedown of thin-walled tubes subjected to both constant tension and symmetrical cyclic torsion is analyzed. The results show that the shakedown solution is consistent with the shakedown solution given in relevant literature. Considering the characteristics of materials and loads of large and complex mechanical structures in engineering practice, the construction time is independent. The stress field in equilibrium with the constant load and the time-independent back stress field are derived, and the structural stability conditions of the structure, which is composed of the following hardening materials and subjected to constant and cyclic loads at the same time, are derived, and the specific loading path is proposed. Using the incremental elastoplastic finite element technique, according to the above shakedown condition, An elastoplastic finite element method suitable for shakedown analysis of large and complex mechanical structures is established. The effectiveness of this method has been verified by the stability experiment of Q235 square plate with a central circular hole. Stability analysis of the upper beam of hydraulic cylinder and a large forging hydraulic press, The stability limit load and the safety margin of elastoplastic strength are determined respectively.
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG305

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本文編號(hào)：1588065