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(jìn)行線性特征值屈曲分析。針對(duì)筋條參數(shù)、壁板參數(shù)及邊界條件等影響因素,計(jì)算模型的臨界屈曲載荷,對(duì)加筋板結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)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(chǎng)中的非線性振動(dòng)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(dòng)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(duì)功能梯度材料圓板非線性振動(dòng)及屈曲的影響.把該方法計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了該方法的計(jì)算結(jié)果是可靠的.算例分析表明,中性面位置對(duì)均勻溫度場(chǎng)中功能梯度材料圓板的非線性振動(dòng)及屈曲有一定影響.

[文章編號(hào)]100228528(2007)1120009204 基于弧長(zhǎng)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(jì)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(wèn)題。使用弧長(zhǎng)法對(duì)荷載—縱向位移(f—u)平衡路 線進(jìn)行全過(guò)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(dá)到全截面屈服時(shí)發(fā)生非線性屈曲的規(guī) 律。分析中考慮不同材料屈服強(qiáng)度、不同幾何缺陷(初彎曲)和不同長(zhǎng)徑比對(duì)縱向鋼筋承載力退化的影響。擬合大量分析結(jié) 果,獲得實(shí)用的f—u曲線方程式。試驗(yàn)研究對(duì)比表明,該實(shí)用曲線誤差較小,可用于評(píng)價(jià)銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剩余承載力。 [關(guān)鍵詞]

[文章編號(hào)]100228528(2007)1120009204 基于弧長(zhǎng)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(jì)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(wèn)題。使用弧長(zhǎng)法對(duì)荷載—縱向位移(f—u)平衡路 線進(jìn)行全過(guò)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(dá)到全截面屈服時(shí)發(fā)生非線性屈曲的規(guī) 律。分析中考慮不同材料屈服強(qiáng)度、不同幾何缺陷(初彎曲)和不同長(zhǎng)徑比對(duì)縱向鋼筋承載力退化的影響。擬合大量分析結(jié) 果,獲得實(shí)用的f—u曲線方程式。試驗(yàn)研究對(duì)比表明,該實(shí)用曲線誤差較小,可用于評(píng)價(jià)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(guò)程中,對(duì)桿類零件的強(qiáng)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(duì)隔膜泵的活塞桿進(jìn)行了強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析,為活塞桿的設(shè)計(jì)生產(chǎn)以及改進(jìn)提供了理論依據(jù),具有現(xiàn)實(shí)工程價(jià)值。

非線性有限元數(shù)值計(jì)算方法是結(jié)構(gòu)屈曲性能評(píng)估的主要手段,然而該方法需要基于精細(xì)網(wǎng)格迭代求解,降低結(jié)構(gòu)非線性計(jì)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(duì)均勻軸向壓載荷作用下的網(wǎng)格加筋筒殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)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(zhǎng)法相結(jié)合,通過(guò)多次使用koiter攝動(dòng)展開來(lái)跟蹤結(jié)構(gòu)非線性平衡路徑。計(jì)算比較了特征值屈曲載荷和計(jì)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(dòng)載荷模擬結(jié)構(gòu)初始幾何形狀缺陷,分析了缺陷幅度對(duì)臨界屈曲載荷的影響規(guī)律,在驗(yàn)證了非線性有限元降階方法分析精度的同時(shí),細(xì)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(jì)算效率優(yōu)勢(shì)。

分別應(yīng)用半經(jīng)驗(yàn)工程算法和有限元軟件msc.patran/nastran對(duì)復(fù)合材料加筋板進(jìn)行剪切穩(wěn)定性計(jì)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(yàn),得到結(jié)構(gòu)的屈曲形式、失穩(wěn)載荷、破壞過(guò)程及破壞載荷。實(shí)驗(yàn)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(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)所得局部屈曲載荷較吻合,說(shuō)明工程算法和有限元模擬方法可以用來(lái)對(duì)該型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能進(jìn)行分析,從而為該型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yàn),提出了一種計(jì)算復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)后屈曲承載能力的工程簡(jiǎn)化理論與方法,并以復(fù)合材料j型加筋板計(jì)算模型為例,從工程角度說(shuō)明了計(jì)算后屈曲承載能力的思路與公式.利用該方法通過(guò)算例計(jì)算,將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)該種復(fù)合材料加筋板穩(wěn)定性計(jì)算方法可以解決后屈曲的幾何非線性帶來(lái)的計(jì)算難度,能保持較高的精度,并可用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)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(chǎng)中的非線性振動(dòng)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(dòng)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(duì)功能梯度材料橢圓板非線性振動(dòng)及屈曲的影響.把該方法計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了該方法的計(jì)算結(jié)果是可靠的.算例分析表明,中性面位置對(duì)均勻溫度場(chǎng)中功能梯度材料橢圓板的非線性振動(dòng)及屈曲有一定影響.

采用廣義傅立葉級(jí)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(jiǎn)化為矩陣形式。運(yùn)用廣義傅里葉級(jí)數(shù)法對(duì)控制方程組進(jìn)行求解,得到相應(yīng)的載荷-中心撓度曲線。計(jì)算結(jié)果表明:非對(duì)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(qiáng)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(duì)此模型進(jìn)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(qiáng)度修正模型中,通過(guò)數(shù)值積分計(jì)算得到了部分構(gòu)件的剩余壽命。

按照美國(guó)aar標(biāo)準(zhǔn),利用有限元軟件ansys對(duì)40t軸重不銹鋼礦石專用敞車車體進(jìn)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(duì)地板有無(wú)拱筋的2種車體模型進(jìn)行分析計(jì)算,通過(guò)計(jì)算結(jié)果對(duì)比,發(fā)現(xiàn)地板上加拱筋不僅提高了車體的強(qiáng)度,還可以增強(qiáng)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(jì)算模型。首先利用通用的有限元分析軟件an-sys對(duì)其進(jìn)行彈性屈曲分析,得到原設(shè)計(jì)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(duì)原方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),計(jì)算結(jié)論對(duì)工程設(shè)計(jì)有參考價(jià)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(duì)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(duì)其非線性屈曲性能進(jìn)行研究。采用分批分階段的拉索張拉施工方案,通過(guò)對(duì)張拉全過(guò)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(shí),穩(wěn)定承載力系數(shù)并非最小;荷載不對(duì)稱分布對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更為不利;材料非線性對(duì)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(shí)際施工張拉力與目標(biāo)索力差別較小,張拉過(guò)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(jì)的一個(gè)重要問(wèn)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(guò)程。對(duì)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(jìn)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(qiáng)的整體穩(wěn)定性。

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

為了提高使用材料的穩(wěn)定性和有效性,針對(duì)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(wèn)題,根據(jù)等效寬度法的解析表達(dá)式,提出了一種快速計(jì)算方法,用matlab實(shí)現(xiàn)了屈曲臨界載荷的數(shù)值解。改進(jìn)方法與參考文獻(xiàn)試驗(yàn)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(duì)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(shí)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(duì)復(fù)合材料格柵加筋板進(jìn)行布局優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用一種參數(shù)化的平鋪等效剛度計(jì)算方法,用于分析格柵加筋板的總體屈曲。最后通過(guò)有限元分析對(duì)優(yōu)化結(jié)果的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)計(jì)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(jì)載荷,邊界條件,材料屬性條件下,對(duì)復(fù)合材料格柵加筋板進(jìn)行質(zhì)量最輕的布局優(yōu)化。

采用有限元方法對(duì)低速?zèng)_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(kuò)展行為進(jìn)行了數(shù)值模擬。采用虛裂紋閉合技術(shù)計(jì)算分層前緣的總能量釋放率,并以總能量釋放率準(zhǔn)則作為分層擴(kuò)展判據(jù),結(jié)合自適應(yīng)網(wǎng)格移動(dòng)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(kuò)展過(guò)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(kuò)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(duì)ags的承載能力預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

通過(guò)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(jì)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(jìn)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(dòng)力屈曲準(zhǔn)則對(duì)復(fù)合材料事扁球殼非線笥動(dòng)力屈曲的影響。

對(duì)在壓縮載荷下先進(jìn)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(kuò)展過(guò)程進(jìn)行了研究。基于一階剪切變形理論和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(zhǔn)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(dòng)技術(shù)分析了分層損傷的擴(kuò)展過(guò)程,在分析過(guò)程中考慮了分層前緣的接觸效應(yīng)。并通過(guò)典型算例,討論了不同的初始分層尺寸、肋骨剛度對(duì)等三角形格柵加筋板結(jié)構(gòu)的分層起裂和擴(kuò)展過(guò)程的影響,通過(guò)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(shuō)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(duì)ags結(jié)構(gòu)的承載能力預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)將具有參考價(jià)值。