【摘要】：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題是近代固體力學(xué)的一項重要研究內(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，從某種意義上來說，對這類結(jié)構(gòu)屈曲問題的研究，推動了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論的建立和發(fā)展。本文對梁和圓柱殼結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的動態(tài)屈曲問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的理論分析，針對結(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)實驗結(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)動態(tài)屈曲問題的研究方法和結(jié)論，評價了沖擊載荷下結(jié)構(gòu)動態(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)動態(tài)屈曲由局部向整體生長和發(fā)展。 本文考慮結(jié)構(gòu)的非線性大撓度屈曲問題，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對沖擊載荷下梁和圓柱殼結(jié)構(gòu)的動態(tài)屈曲問題進(jìn)行了數(shù)值計算，研究分析了初始缺陷、邊界條件、幾何參數(shù)、動力非線性效應(yīng)以及應(yīng)力波傳播效應(yīng)等因素對結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)、動力屈曲及動力失效的影響。計算結(jié)果給出了屈曲模態(tài)發(fā)展過程的動畫顯示，以及各種參量的時程曲線，分析了彈性圓柱殼從軸對稱屈曲到非軸對稱屈曲的發(fā)展過程，并討論了慣性效應(yīng)對動態(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)生動態(tài)屈曲的必要因素，即圓柱殼是否出現(xiàn)動態(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，計算結(jié)果與文獻(xiàn)實驗結(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態(tài)屈曲問題。結(jié)構(gòu)受沖擊載荷作用時，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)動態(tài)屈曲局部或整體地發(fā)生和生長，本文的研究方法為解決類似問題和相關(guān)的研究方向提供了一個求解思路和途徑。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：TH114
【圖文】：

實驗中應(yīng)注意的一個問題。另外一個更重要的問題是關(guān)于沖擊載荷的測量，它直接關(guān)系到實驗結(jié)果的可靠性，是一個魚待解決的技術(shù)問題。圖1一5一1是Bisagni【叫在實驗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叫等在實驗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)�？偟膩砜�，近十幾年來，屈曲問題的實驗研究仍然主要采用電測方法;在數(shù)值計算方面，計及各種非線性效應(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程是今后的一個發(fā)展方向;遺憾的是在屈曲問題的理論分析方面，特別是動力屈曲準(zhǔn)則問題上至今未能形成一致的看法，在這種格局下，人們大都針對各種具體結(jié)構(gòu)提出各自不同的研究方法，可以說屈曲理論特別是動力屈曲理論近十幾年來一直處于一種停滯不前

那么橫向位移將快速增長，但是軸向載荷并不以相同的速率增長(同橫向位移相比)。圖5斗16不同初缺陷下的長徑比/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徑比、曲率同臨界載荷的關(guān)系曲線。一般來說，靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)情況下，Eulerl臨界屈曲載荷隨著長徑比的減少而增大，但是，在動態(tài)沖擊載荷下，情況并不總是這樣。如圖5斗16所示，對不同幅值的初缺陷，在動態(tài)屈曲過程中，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)力波同時發(fā)生，另外在屈曲的發(fā)展過程中存在幾何、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的各反作用力的時程曲線可以發(fā)現(xiàn):周向反作用力出現(xiàn)非零振動幅值所需時間長于軸向、徑向反作用力，這是因為周向反作用力直接同彎曲應(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，卸載荷后反作用力幅值激烈振蕩。6.3.3.2動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n瀏e7和node48的慣性力和力矩時程曲線圖，其中node7是距離固定端距離約為0.05L處節(jié)點

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2745555