基于累積失效法含損傷格柵加筋板非線性屈曲狀態(tài)分析

應(yīng)用abaqus軟件建立復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)有限元模型,在軸向壓縮載荷下,進行線性特征值屈曲分析。針對筋條參數(shù)、壁板參數(shù)及邊界條件等影響因素,計算模型的臨界屈曲載荷,對加筋板結(jié)構(gòu)進行屈曲承載能力分析。結(jié)果表明:加筋條高度和條數(shù)、壁板鋪層順序和厚度及結(jié)構(gòu)邊界條件對屈曲載荷影響顯著。

采用彈性理論建立了功能梯度材料板的靜力平衡方程,利用靜力平衡方程確定了功能梯度材料板的中性面位置,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了功能梯度材料板在均勻溫度場中的非線性振動及屈曲微分方程組,求得了功能梯度材料圓板的非線性振動及屈曲的近似解,討論分析了中性面位置、梯度指數(shù)、溫度等因素對功能梯度材料圓板非線性振動及屈曲的影響.把該方法計算結(jié)果與有限元計算結(jié)果進行了比較,驗證了該方法的計算結(jié)果是可靠的.算例分析表明,中性面位置對均勻溫度場中功能梯度材料圓板的非線性振動及屈曲有一定影響.

[文章編號]100228528(2007)1120009204 基于弧長法的鋼筋屈曲承載力非線性分析 蔣鳳昌 1,2 ,朱慈勉 1 ,薛劍勝 2 ,姜　曄 2 (1.同濟大學(xué)土木工程學(xué)院,上海200092;2.江蘇省第一建筑安裝有限公司博士后工作科研站,江蘇泰州225300) [摘　要]應(yīng)用非線性有限元方法分析鋼筋屈曲引起承載力退化的問題。使用弧長法對荷載—縱向位移(f—u)平衡路 線進行全過程跟蹤研究。分析混凝土結(jié)構(gòu)中由于局部箍筋銹斷導(dǎo)致受壓區(qū)縱筋在未達到全截面屈服時發(fā)生非線性屈曲的規(guī) 律。分析中考慮不同材料屈服強度、不同幾何缺陷(初彎曲)和不同長徑比對縱向鋼筋承載力退化的影響。擬合大量分析結(jié) 果,獲得實用的f—u曲線方程式。試驗研究對比表明,該實用曲線誤差較小,可用于評價銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剩余承載力。 [關(guān)鍵詞]

[文章編號]100228528(2007)1120009204 基于弧長法的鋼筋屈曲承載力非線性分析 蔣鳳昌 1,2 ,朱慈勉 1 ,薛劍勝 2 ,姜　曄 2 (1.同濟大學(xué)土木工程學(xué)院,上海200092;2.江蘇省第一建筑安裝有限公司博士后工作科研站,江蘇泰州225300) [摘　要]應(yīng)用非線性有限元方法分析鋼筋屈曲引起承載力退化的問題。使用弧長法對荷載—縱向位移(f—u)平衡路 線進行全過程跟蹤研究。分析混凝土結(jié)構(gòu)中由于局部箍筋銹斷導(dǎo)致受壓區(qū)縱筋在未達到全截面屈服時發(fā)生非線性屈曲的規(guī) 律。分析中考慮不同材料屈服強度、不同幾何缺陷(初彎曲)和不同長徑比對縱向鋼筋承載力退化的影響。擬合大量分析結(jié) 果,獲得實用的f—u曲線方程式。試驗研究對比表明,該實用曲線誤差較小,可用于評價銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剩余承載力。 [關(guān)鍵詞]

在發(fā)展高壓重載大流量隔膜泵過程中,對桿類零件的強度和穩(wěn)定性有了更高的要求。本文應(yīng)用有限元軟件ansys對隔膜泵的活塞桿進行了強度和穩(wěn)定性分析,為活塞桿的設(shè)計生產(chǎn)以及改進提供了理論依據(jù),具有現(xiàn)實工程價值。

非線性有限元數(shù)值計算方法是結(jié)構(gòu)屈曲性能評估的主要手段,然而該方法需要基于精細網(wǎng)格迭代求解,降低結(jié)構(gòu)非線性計算規(guī)模是其關(guān)鍵技術(shù)之一。采用一種結(jié)構(gòu)非線性有限元降階方法,對均勻軸向壓載荷作用下的網(wǎng)格加筋筒殼結(jié)構(gòu)進行了細致的承載穩(wěn)定性特性分析。該方法將koiter初始后屈曲理論與newton弧長法相結(jié)合,通過多次使用koiter攝動展開來跟蹤結(jié)構(gòu)非線性平衡路徑。計算比較了特征值屈曲載荷和計及幾何非線性效應(yīng)的非線性屈曲載荷值；采用側(cè)向小擾動載荷模擬結(jié)構(gòu)初始幾何形狀缺陷,分析了缺陷幅度對臨界屈曲載荷的影響規(guī)律,在驗證了非線性有限元降階方法分析精度的同時,細致考核了該方法在結(jié)構(gòu)非線性屈曲分析以及缺陷敏感性分析中的計算效率優(yōu)勢。

分別應(yīng)用半經(jīng)驗工程算法和有限元軟件msc.patran/nastran對復(fù)合材料加筋板進行剪切穩(wěn)定性計算,得到結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)臨界載荷;開展復(fù)合材料加筋板剪切穩(wěn)定性試驗,得到結(jié)構(gòu)的屈曲形式、失穩(wěn)載荷、破壞過程及破壞載荷。實驗結(jié)果表明,復(fù)合材料加筋板的破壞形式主要表現(xiàn)為筋條的脫膠和蒙皮的破損,該型結(jié)構(gòu)具有一定的后屈曲承載能力。研究表明,工程算法、有限元計算結(jié)果與試驗所得局部屈曲載荷較吻合,說明工程算法和有限元模擬方法可以用來對該型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能進行分析,從而為該型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及工程應(yīng)用提供分析參考。

根據(jù)復(fù)合材料的力學(xué)特性,結(jié)合有限元理論和工程經(jīng)驗,提出了一種計算復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)后屈曲承載能力的工程簡化理論與方法,并以復(fù)合材料j型加筋板計算模型為例,從工程角度說明了計算后屈曲承載能力的思路與公式.利用該方法通過算例計算,將計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比,發(fā)現(xiàn)該種復(fù)合材料加筋板穩(wěn)定性計算方法可以解決后屈曲的幾何非線性帶來的計算難度,能保持較高的精度,并可用于飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際應(yīng)用中.

采用彈性理論建立了功能梯度材料板的靜力平衡方程,利用靜力平衡方程確定了功能梯度材料板的中性面位置,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了功能梯度材料板在均勻溫度場中的非線性振動及屈曲微分方程組,求得了功能梯度材料橢圓板的非線性振動及屈曲的近似解,討論分析了中性面位置、梯度指數(shù)、溫度等因素對功能梯度材料橢圓板非線性振動及屈曲的影響.把該方法計算結(jié)果與有限元計算結(jié)果進行了比較,驗證了該方法的計算結(jié)果是可靠的.算例分析表明,中性面位置對均勻溫度場中功能梯度材料橢圓板的非線性振動及屈曲有一定影響.

采用廣義傅立葉級數(shù)法建立了具有彈性約束的復(fù)合材料矩形層板在面內(nèi)載荷作用下的非線性穩(wěn)定性控制方程組,并簡化為矩陣形式。運用廣義傅里葉級數(shù)法對控制方程組進行求解,得到相應(yīng)的載荷-中心撓度曲線。計算結(jié)果表明:非對稱層合板在面內(nèi)載荷作用下,一般產(chǎn)生的是橫向變形,但在一定的鋪層順序、邊界條件、受載方式等情況下,也可能發(fā)生分叉型屈曲。

基于gerhards的木材累積損傷模型的理論分析建立了木構(gòu)件在承受軸力與彎矩恒載下的強度修正模型,并且仿照西安東門城樓尺寸建立一古建筑木結(jié)構(gòu)模型,對此模型進行有限元靜力分析,得到結(jié)構(gòu)中每一構(gòu)件承受的荷載,將其應(yīng)用于木材的強度修正模型中,通過數(shù)值積分計算得到了部分構(gòu)件的剩余壽命。

按照美國aar標準,利用有限元軟件ansys對40t軸重不銹鋼礦石專用敞車車體進行了非線性屈曲分析。文章主要考慮幾何非線性,采用增量法對地板有無拱筋的2種車體模型進行分析計算,通過計算結(jié)果對比,發(fā)現(xiàn)地板上加拱筋不僅提高了車體的強度,還可以增強地板的剛度,使車體在規(guī)定載荷內(nèi)不發(fā)生屈曲,提高車體的穩(wěn)定性。

以某施威德勒型單層球面網(wǎng)殼采光頂為例,建立了其計算模型。首先利用通用的有限元分析軟件an-sys對其進行彈性屈曲分析,得到原設(shè)計方案的前三階彈性屈曲臨界荷載。然后將特征值屈曲分析的一階模態(tài)作為初始缺陷,采用幾何非線性屈曲分析得到非線性屈曲荷載。最后在非線性屈曲分析結(jié)果的基礎(chǔ)上對原方案進行了優(yōu)化設(shè)計,計算結(jié)論對工程設(shè)計有參考價值。

以一31.1m×24.1m跨度的橢圓拋物面輻射式張弦梁結(jié)構(gòu)為分析對象,考慮幾何非線性、初始幾何缺陷、材料彈塑性及活載的半跨布置,對其非線性屈曲性能進行研究。采用分批分階段的拉索張拉施工方案,通過對張拉全過程的仿真分析,得到直接指導(dǎo)施工的各組拉索張拉力。研究表明:初始幾何缺陷按最低階屈曲模態(tài)分布時,穩(wěn)定承載力系數(shù)并非最小;荷載不對稱分布對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更為不利;材料非線性對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響較大;初始幾何缺陷取短軸跨度的1/500較為適宜;各組拉索的實際施工張拉力與目標索力差別較小,張拉過程中,群索之間索力的相互影響不大。

直埋供熱管道在溫度應(yīng)力作用下的屈曲變形是管道設(shè)計的一個重要問題。應(yīng)用有限元軟件ansys,建立三維管土相互作用的有限元模型,模擬出溫度應(yīng)力作用下管道非線性屈曲變形過程。對不同的管道埋深、管徑、管土摩擦系數(shù)以及初始缺陷等影響因素進行參數(shù)化分析,得出了不同因素影響下管道的臨界屈曲溫差和屈曲變形規(guī)律。結(jié)論表明在初始缺陷小,埋深大,管徑大等情況下直埋供熱管道具有較強的整體穩(wěn)定性。

本文通過對緊湊型線路相間絕緣間隔棒在受壓時臨界后屈曲現(xiàn)象進行非線性研究，得到相間絕緣間隔棒臨界時和臨界后屈曲性態(tài)都是穩(wěn)定的，為設(shè)計間隔棒時不以臨界載荷作為設(shè)計依據(jù)而以屈曲后的最大正應(yīng)力不超過芯棒屈服強度為設(shè)計準則從而節(jié)省芯棒材料等提供了理論依據(jù)，同時對側(cè)向位移與載荷的關(guān)系進行了討論。

為了提高使用材料的穩(wěn)定性和有效性,針對航空航天飛行器中的典型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料加筋曲板的屈曲及后屈曲問題,根據(jù)等效寬度法的解析表達式,提出了一種快速計算方法,用matlab實現(xiàn)了屈曲臨界載荷的數(shù)值解。改進方法與參考文獻試驗結(jié)論和有限元仿真有很好的一致性。研究了筋條高度變化對扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度的影響,以及筋條高度與極限載荷、等效寬度之間的關(guān)系,為加筋板的實際工程開發(fā)和應(yīng)用提供了便捷方法。

采用遺傳算法在總體屈曲約束條件下對復(fù)合材料格柵加筋板進行布局優(yōu)化設(shè)計。采用一種參數(shù)化的平鋪等效剛度計算方法,用于分析格柵加筋板的總體屈曲。最后通過有限元分析對優(yōu)化結(jié)果的有效性進行驗證。設(shè)計變量為軸向和橫向的筋條間距、筋條高度和厚度,筋條的布局。該方法適用于在給定板的全部可選尺寸參數(shù),面內(nèi)設(shè)計載荷,邊界條件,材料屬性條件下,對復(fù)合材料格柵加筋板進行質(zhì)量最輕的布局優(yōu)化。

采用有限元方法對低速沖擊后蒙皮內(nèi)含有不同分層形式的復(fù)合材料格柵加筋(ags)板的分層擴展行為進行了數(shù)值模擬。采用虛裂紋閉合技術(shù)計算分層前緣的總能量釋放率,并以總能量釋放率準則作為分層擴展判據(jù),結(jié)合自適應(yīng)網(wǎng)格移動技術(shù),分別研究了在壓縮載荷作用下,蒙皮內(nèi)具有圓形和橢圓形分層的復(fù)合材料格柵加筋板的分層擴展過程。數(shù)值研究結(jié)果表明:分層深度的變化導(dǎo)致了ags的分層擴展特性十分復(fù)雜,它與分層深度、初始分層尺寸、蒙皮和肋骨的剛度比、后屈曲變形模式等因素都密切相關(guān)。本文結(jié)論對ags的承載能力預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計具有一定的參考價值。

通過建立復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)單元的基本力學(xué)假設(shè)和分析模型,推導(dǎo)了一種新的等效剛度計算方法,用于分析復(fù)合材料格柵加筋板的總體穩(wěn)定性。該方法充分考慮了筋條和面板的相互作用和中面偏移效應(yīng),并具有通用性。結(jié)合rayleigh-ritz能量近似法,推導(dǎo)出了求解加筋板總體屈曲載荷的通用特征方程;分析了多種算例,并與修正平鋪法進行了比較,結(jié)果吻合得很好。

本文研究了格式的人工粘性和動力屈曲準則對復(fù)合材料事扁球殼非線笥動力屈曲的影響。

對在壓縮載荷下先進復(fù)合材料等三角形格柵加筋板結(jié)構(gòu)(ags)后屈曲階段的分層起裂和擴展過程進行了研究?；谝浑A剪切變形理論和von-karman幾何非線性關(guān)系,提出了ags結(jié)構(gòu)后屈曲有限元分析模型;基于總能量釋放率準則,并利用虛裂紋閉合法(vcct)及自適應(yīng)網(wǎng)格的生成和移動技術(shù)分析了分層損傷的擴展過程,在分析過程中考慮了分層前緣的接觸效應(yīng)。并通過典型算例,討論了不同的初始分層尺寸、肋骨剛度對等三角形格柵加筋板結(jié)構(gòu)的分層起裂和擴展過程的影響,通過與具有相同幾何尺度的正交格柵加筋板結(jié)構(gòu)的比較,說明等三角形格柵加筋板結(jié)構(gòu)具有較高的抗分層能力。本文方法和所得結(jié)論對ags結(jié)構(gòu)的承載能力預(yù)測和設(shè)計將具有參考價值。