复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析
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薄壳结构
建筑结构选型 ——薄壳结构 学校： 专业班级： 指导老师： 小组成员：
摘要 大跨建筑中的壳体结构通常为薄壳结构，即壳体厚度于其中的最小曲率半径之比小于1/20，为薄壁空间结构的一种，它包括球壳、筒壳、双曲扁壳和扭壳等多种形式。他们的共同特点在于通过发挥结构的空间作用，把垂直于壳体表面的外力分解为壳体面内的薄膜力，再传递给支座，弥补了板、壳等薄壁构件的面外薄弱性质，以比较轻的结构自重和较大的结构刚度及较高的承载能力实现结构的大跨度。 关键词 形态分类受力特点应用与发展案例研究 正文 1 薄壳结构的定义 壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。 1.1薄壳结构的特点 壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。两个曲面之问的距离即为壳体的厚度(δ)，当δ比壳体其他尺寸(如曲率半径R，跨度等)小得多时，一般要求δ/R≤1/20(鸡蛋壳的δ/R≈1/50)称为薄壳结构。现代建筑工程中所采用的壳体一般为薄壳结构。而薄壳结构为双向受力的空间结构，在竖向均布荷载作用下，壳体主要承受曲面内的轴向力(双向法向力)和顺剪力作用，曲面轴力和顺剪力都作用在曲面内，又称为薄膜内力。而只有在非对称荷载(风，雪等)作用下，壳体才承受较小的弯矩和扭矩。 由于壳体内主要承受以压力为主的薄膜内力，且薄膜内力沿壳体厚度方向均匀分布，所以材料强度能得到充分利用；而且壳体为凸面，处于空间受力状态，各向刚度都较大，因而用薄壳结构能实现以最少之材料构成最坚之结构的理想。 由于壳体强度高、刚度大、用料省、自重轻，覆盖大面积，无需中柱，而且其造型多变，曲线优美，表现力强，因而深受建筑师们的青睐，故多用于大跨度的建筑物，如展览厅、食堂、剧院、天文馆、厂房、飞机库等。 不过，薄壳结构也有其自身的不足之处，由于体形多为曲线，复杂多变，采用现浇结构时，模板制作难度大，会费模费工，施工难度较大；一般壳体既作承重结构又作屋面，由于壳壁太薄，隔热保温效果不好；并且某些壳体(如球壳、扁壳)易产生回声现象，对音响效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等建筑不适宜。 2 薄壳结构型式与曲面的关系 2.1旋转曲面 由一平面曲线作母线绕其平面内的轴旋转而成的曲面，称为旋转曲面。该平面曲线可有不同形状，因而可得到用于薄壳结构中的多种旋转曲面，如球形曲面、旋转抛物面和旋转双曲面等（如下图）。圆顶结构就是旋转曲面的一种。
abaqus压杆屈曲分析
a b a q u s压杆屈曲分析 Revised by Petrel at 2021
压杆屈曲分析1.问题描述 在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷，导致构件的稳定承载力降低。 本文利用abaqus对一定截面不同长细比下的H型钢构件进行屈曲分析，通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲，得出构件发生弯曲失稳的极限荷载。通过比较不同长细比下的弯曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线，并与《规范》中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1所示。 构件的材料特性：,, 图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性，截面绕y轴的回转半径为,长细比取值及杆件长度见表1： 表1 50 60 80 100 120 150 180 （m） 1.92 2.30 3.07 3.84 4.60 5.76 6.90 3.模型分析
ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法，generalstatics法（加阻尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程 建模计算过程以长细比为50的构件为例，其余构件建模计算过程与之类似。 4.1buckle分析 1在buckle分析中创建part模块，创建的模型为三位可变形壳体单元，截面参数见图1-1，构件长度1.92。如图4-1示 图4-1 2定义材料特性及截面属性并将其赋予单元。材料定义为弹塑性，泊松比0.3，屈服强度，弹性模量；腹板和翼缘板为壳单元，厚度分别为0.008和0,01。材料定义见图4-2
聚乳酸_有机蒙脱石纳米插层复合材料的制备及表征
第31卷第4期 非金属矿 Vol.31 No.4 2008年7月 Non-Metallic Mines July, 2008 聚乳酸是一种具有广泛应用前景的环境友好型生物高分子可降解材料[1,2]，但其力学性能、热稳定性能不稳定。利用层状硅酸盐的特殊结构， 使硅酸盐片层与聚乳酸基体实现纳米尺度复合，并均匀分散在聚乳酸基体中，形成聚乳酸/有机蒙脱石纳米复合材料 [3,4] 。绝大部分传统聚合物/黏土纳米复合材料废弃物 不能自然降解，对环境造成污染。而聚乳酸/有机蒙脱石纳米复合材料可有效克服这一缺点，是与生态和 环境相适应的“绿色聚合物复合材料”[5~7] ；这类材料 还改善了单一生物降解性聚合物材料的力学、耐热、阻燃、气体阻隔等性能[8~11]，拓展了材料的应用范围，可从根本上解决合成材料废品废料造成的污染问题。 目前，聚乳酸/有机蒙脱石纳米复合材料，基本上是以聚乳酸和蒙脱石采用熔融共混法制备[7,9,12]。 本实验采用乳酸单体为原料的原位插层聚合方法，制备了聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料，并通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X 射线衍射（XRD ）、透射电子显微镜（TEM ）、热重分析（TGA ）对其结构、形态和热稳定性能进行了表征，同时对材料的降解性能进行了初步研究。1?实验部分 1.1 原料和试剂?D ， L-乳酸（含量≥85%），天津市巴斯夫化工有限公司；氯化亚锡，西安化学试剂厂；氧化锌，西安化学试剂厂；乙酸乙酯，天津市巴斯夫化工有限公司；正辛醇，天津市福晨化学试剂厂；三氯甲烷，西安化学试剂厂；分子筛3?型，分析纯，天津市福晨化学试剂厂；以上均为分析纯。有机蒙脱石（OMMT ），实验室自制。 1.2 主要仪器设备 循环水式真空泵，SHB-III 型，郑州长城科工贸有限公司；电热真空干燥箱，DZF-6020 收稿日期：2008-03-28 基金项目：2005年度新疆维吾尔自治区高校科研计划(XJEDU2005E01) 聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料的制备及表征 甄卫军?马小惠?袁龙飞?刘月娥?李志娟?庞桂林 （新疆大学化学化工学院，乌鲁木齐 830046） 摘?要?以乳酸制备的丙交酯和有机蒙脱石为原料， 通过原位插层聚合法制备了聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料， 分别采用傅立叶变换红外光谱、X 射线衍射、透射电子显微镜、热重分析等对聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料的结构、形貌及热稳定性进行了表征和分析，同时研究了材料的降解性能。研究表明，有机膨润土在聚合过程中被剥离成很小的粒子，并分散在聚乳酸基体中，形成聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料。其蒙脱石层间距为2.439nm ，层间距明显增大，表明聚乳酸分子链插入到蒙脱石片层间，实现了原位插层聚合，并形成了插层型结构。材料的热失重曲线移向高温端，其热分解温度提高，热稳定性比纯PLA 有明显的提高。在不同介质中降解结果表明，材料在碱液中降解速率最快。 关键词?有机蒙脱石?聚乳酸?纳米插层复合材料?降解 中图分类号： TB332 文献标识码：A 文章编号：1000-8098(2008)04-0048-05Preparation and Characterization of Polylactic Acid/Organomontmorillonite Intercalation Nanocomposite Zhen Weijun Ma Xiaohui Yuan Longfei Liu Yuee Li Zhijuan Pang Guilin (College of Chemistry and Chemical Engineering of Xinjiang University, Urumqi 830046) Abstract The polylactic acid/organomontmorillonite intercalation nanocomposite was prepared by in-situ intercalative polymerization with organomontmorillonite (OMMT) and lactide(LA) which was obtained from lactic acid. The structure and properties of polylactic acid/organomontmorillonite intercalation nanocomposite were characterized by FT-IR, XRD, TEM and TGA. The biodegradability of PLA/OMMT intercalation nanocomposite was also discussed in this study. The research results indicated that the silicate layers were exfoliated and dispersed into the PLA matrix during the polymerization, the layer spacing of PLA/OMMT intercalation nanocomposite was 2.439nm, which revealled the swellable silicate layers were intercalated into the PLA matrix, and in-situ intercalative polymerization was done. The TGA curve of PLA/OMMT intercalation nanocomposite was shifted to higher temperature, which illustrated that intercalation of the OMMT into PLA matrix enhanced the thermal stability of PLA/OMMT intercalation nanocomposite. The results of the degradation of PLA/OMMT intercalation nanocomposite in different media showed PLA/OMMT intercalation nanocomposite was degraded more rapidly in NaOH solution. Key words organomontmorillonite polylactic acid intercalation nanocomposite degradation
工程复合材料
工程复合材料论文 学院(部) 材料科学与工程学院 专业材料学 班级 2017131 姓名周健 学号 2017131007 年月日 材料的复合是材料发展的必然规律，复合材料是把金属、无机非金属、高分子等材料组合成一种多相材料，从而赋予复合材料轻质高强以及其他的优越的综合性能。同时复合材料还具有复合效应，即经过复合以后产生各原始组分所不具备的性能。因此，在不少高技术领域。如航天、航空、信息等产业中获得重要的应用。目前复合材料已与金属、无机非金属、高分子并列为四大材料。 纳米复合材料是指分散相尺度至少在一维方向上小于100nm的复合材料，
分散相可以是非品质、半晶质、品质或者兼而有之，可以是有机、无机或两者都有。由于纳米粒子的小尺寸、大比表面积，使表面原子数、表面张力和表面能随粒径的减小急剧增加，从而具有显著的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，赋予材料许多新奇的特性和新的规律，为纳米复合材料的研究和应用展示了广阔的前景。 1.橡胶纳米复合材料 1.1黏土／橡胶纳米复合材料 黏土矿物是由硅氧四面体和铝氧八面体按比例叠垛而成的层状硅酸盐，其片层间距一般在几纳米到十几纳米之间，层间存在可交换性的正离子，层与层之间的结合力弱，通过离子交换的方法，将有机正离子引入层问，从而使通常亲水性的黏土矿物表面疏水化，改善黏土与橡胶基质之问的润湿作用。黏土／橡胶纳米复合材料制备关键是扩大黏土片层间距。将橡胶长链引入层间，其微观结构可分为插层型和完全剥离型，目前制备的黏土／橡胶纳米复合材料大多属于插层型。 1.2炭黑和白炭黑／橡胶纳米复合材料 作为纳米粉体。炭黑和白炭黑均具有纳米材料的大多数特性(如强吸附效应、自由基效应、电子隧道效应、不饱和价效应等)。根据纳米复合材料的定义，及炭黑和自炭黑的原生粒子以及它们在橡胶基质中的一次聚合体的尺寸，应当将炭黑和自炭黑增强橡胶归属为纳米复合材料的范畴。更严格地讲，应当是N660级别以上的炭黑增强橡胶。也正因为如此，炭黑和白炭黑的高增强地位一直很难被取代。尽管在橡胶基质中炭黑和白炭黑常以二次聚集体的形式存在．但这种聚集体是松散的物理结合体，如同“密度”较大的星云，并逐渐向外弥散。虽然二次聚集体会对其增强性能产生不同导向和不同程度的影响，但真正起作用的仍是其原生粒子和一次聚集体。另外，就目前报道的大多数纳米复合材料而言，连续相中局部存在分散相的聚集体是非常普遍的，如原位聚合法生成的黏土／尼龙6纳米复合材料，在分散相质量分数超过5％时，也很难做到黏土单晶层在整个基质中完全地、等间距地均匀分散，尽管晶层间距加大了，但仍以较紧密的单元分布在尼龙6基质中。最后，当用物理机械性能判断材料是否为纳米复合材料时，必须考虑分散相的形状问题。 1.3 ZnO(Al2O3)／橡胶纳米复合材料 纳米氧化锌因其粒径小，比表面积大，吸附活性强，从而具有表面效应和高
abaqus压杆屈曲分析78112
压杆屈曲分析 1.问题描述 在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际 2 压杆截面尺寸（单位：m） 图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性，截面绕y轴的回转半径为i y=0.0384m ,长细比取
值及杆件长度见表1： 表1 3.模型分析 ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法，general statics法（加阻尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程 建模计算过程以长细比为50的构件为例，其余构件建模计算过程与之类似。 4.1 buckle分析 1 在buckle分析中创建part模块，创建的模型为三位可变形壳体单元，截面参数见图1-1，构件长度1.92。如图4-1示
abaqus压杆屈曲分析
压杆屈曲非线性分析 专业：结构工程 姓名：刘耀荣 学号：13
压杆屈曲分析 1.问题描述 在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷，导致构件的稳定承载力降低。 本文利用abaqus对一定截面不同长细比下的H型钢构件进行屈曲分析，通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲，得出构件发生弯曲失稳的极限荷载。通过比较不同长细比下的弯曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线，并与《规范》中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1所示。 构件的材料特性：,, 压杆截面尺寸（单位：m） 图1-1
2.长细比计算 通过计算截面几何特性，截面绕y轴的回转半径为,长细比取值及杆件长度见表1： 表1 506080100120150180（m） 3.模型分析 ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法，general statics法（加阻尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程 建模计算过程以长细比为50的构件为例，其余构件建模计算过程与之类似。 buckle分析 1 在buckle分析中创建part模块，创建的模型为三位可变形壳体单元，截面参数见图1-1，构件长度。如图4-1示
压杆稳定性计算
第16章压杆稳定 16.1 压杆稳定性的概念 在第二章中，曾讨论过受压杆件的强度问题，并且认为只要压杆满足了强度条件，就能保证其正常工作。但是，实践与理论证明，这个结论仅对短粗的压杆才是正确的，对细长压杆不能应用上述结论，因为细长压杆丧失工作能力的原因，不是因为强度不够，而是由于出现了与强度问题截然不同的另一种破坏形式，这就是本章将要讨论的压杆稳定性问题。 当短粗杆受压时(图16-1a)，在压力F由小逐渐增大的过程中，杆件始终保持原有的直线平衡形式，直到压力F达到屈服强度载荷F s(或抗压强度载荷F b)，杆件发生强度破坏时为止。但是，如果用相同的材料，做一根与图16-1a所示的同样粗细而比较长的杆件(图16-1b)，当压力F比较小时，这一较长的杆件尚能保持直线的平衡形式，而当压力F逐渐增大至某—数值F1时，杆件将突然变弯，不再保持原有的直线平衡形式，因而丧失了承载能力。我们把受压直杆突然变弯的现象，称为丧失稳定或失稳。此时，F1可能远小于F s (或F b)。可见，细长杆在尚未产生强度破坏时，就因失稳而破坏。 图16－1
失稳现象并不限于压杆，例如狭长的矩形截面梁，在横向载荷作用下，会出现侧向弯曲和绕轴线的扭转(图16-2)；受外压作用的圆柱形薄壳，当外压过大时，其形状可能突然变成椭圆(图16-3)；圆环形拱受径向均布压力时，也可能产生失稳(图16-4)。本章中，我们只研究受压杆件的稳定性。 图16-3 所谓的稳定性是指杆件保持原有直线平衡形式的能力。实际上它是指平衡状态的稳定性。我们借助于刚性小球处于三种平衡状态的情况来形象地加以说明。 第一种状态，小球在凹面的O点处于平衡状态，如图16-5a所示。先用外加干扰力使其偏离原有的平衡位置，然后再把干扰力去掉，小球能回到原来的平衡位置。因此，小球原有的平衡状态是稳定平衡。 第二种状态，小球在凸面上的O点处于平衡状态，如图16-5c所示。当用外加干扰力使其偏离原有的平衡位置后，小球将继续下滚，不再回到原来的平衡位置。因此，小球原有的干衡状态是不稳定平衡。 第三种状态，小球在平面上的O点处于平衡状态，如图16-5b所示，当用外加干扰力使其偏离原有的平衡位置后，把干扰力去掉后，小球将在新的位置
(整理)基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析.
基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析 由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀，电绝缘及透微波等优点，目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。工程中广泛使用的这些薄壁圆筒，当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时，最常见的失效模式为屈曲。因此，为了保证结构的安全，需要进行屈曲分析。 对结构进行屈曲分析，涉及到较复杂的弹(塑)性理论和数学计算，要通过求解高阶偏微分方程组，才能求解失稳临界荷载，而且只有少数简单结构才能求得精确的解析解。因此，只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。近20年来，随着计算机和有限元方法的迅猛发展，形成了许多的实用分析程序，提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。ABAQUS 就是其中的杰出代表。 1.屈曲有限元理论 有限元方法中，对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类：一类是通过特征值分析计算屈曲载荷，另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向，追踪失稳路径的几何非线性分析方法，能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。 1.1线性屈曲 假设结构受到的外载荷模式为。，幅值大小为，结构内力为Q，则静力平衡方程应为 进一步考察结构在载荷作用下的平衡方程，得到 由于结构达到保持稳定的临界载荷时有，代入上式得 该方程对应的特征值问题为 如果忽略几何刚度增量的影响，屈曲分析的方程又可进一步简化为 该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。为屈曲失稳载荷因子，为结构失稳形态的特征向量。
1.2非线性屈曲 非线性屈曲分析方法多采用弧长法进行分步迭代计算，在增量非线性有限元分析中，沿着平衡路径迭代位移增量的大小(也叫弧长)和方向，确定载荷增量的自动加载方案，可用于高度非线性的屈曲失稳问题。与提取特征值的线性屈曲分析相比，弧长法不仅考虑刚度奇异的失稳点附近的平衡，而且通过追踪整个失稳过程中实际的载荷、位移关系，获得结构失稳前后的全部信息，适合于高度非线性的屈曲失稳问题。 2.ABAQUS的线性屈曲分析 ABAQUS中提供两种分析方法来确定结构的临界荷载和结构发生屈曲响应的特征形状：线性屈曲分析(特征值屈曲分析)、非线性屈曲分析。 线性屈曲分析用于预测一个理想的弹性结构的理论屈曲强度。它是预期的线性屈曲荷载的上限，可以作为非线性屈曲分析的给定荷载，在渐进加载达到此荷载前，非线性求解必然发散；它还可以作为施加初始缺陷或扰动荷载的依据。所以预先进行特征值屈曲分析有助于非线性屈曲分析，进行特征值屈曲分析是必要的。 3.算例 3.1问题概述 图3-1 实例模型 如图所示两端开口的复合材料薄壁圆筒，底端固支，顶端作用有均匀分布的轴压边载。半径R=152mm，高度300mm，厚度t=0.804mm，对称铺层[±45,0]s，
屈曲
1绪论 1.1充液圆柱轴向屈曲及破坏分析的研究进展及现状 充液圆柱壳是工程中最常用的结构元件之一,对其在各种基本载荷以及在不同类型载荷的联合作用下的屈曲问题的研究一直是应用力学界和结构工程界十分关注的课题。对圆柱壳在轴压和横向载荷联合作用下的屈曲问题许多研究者曾作过理论分析和实验研究。早在三十年代,Flǔgge就曾研究过静态内压和轴压联合作用下的弹性失稳问题,五、六十年代对该问题从理论和实验方面都作了进一步研究,他们的研究限制在确定内压为某一定值时的临界载荷,而未计及内压与轴压同时变化的情况[4]。对充满液体的薄壁圆柱壳经受轴向压缩时的屈曲载荷和屈曲模态进行了弹塑性屈曲分析。根据香利(F R Shan ley) 不卸载假定, 推导了柱壳经受轴压和壳内液体的压力联合作用时弹塑性稳定方程, 通过求解此方程得到了充满液体的封闭圆柱壳发生轴对称屈曲时的临界载荷和屈曲波纹数。理论计算与实验结果具有较好的一致性[2]。 最近有关工作者们对充满水的封闭圆柱壳轴向压缩屈曲问题进行了一系列的实验研究,研究表明,充满水的封闭圆柱壳受轴向压缩时,由于水的压缩性很小,将在壳内形成内压, 充满液体的金属薄圆柱壳当受轴压作用时, 由于屈曲涉及到固液耦合, 其变形过程十分复杂壳[1]。因为壳内充满液体, 壳壁同时承受轴力和内压的联合作用。其屈曲过程呈现许多明显的与内空柱壳不同的特性,如屈曲载荷略有提高,对几何缺陷表现得远不像内空柱壳那样敏感。但由于内压随着壳体的变形而变化,给屈曲分析造成一定的困难[2]。为了确定液体内压的变化规律,建立合理的理论分析的力学模型,必须有可靠的实验基础。 承受膜力为主的结构，当所受载荷达到某一临界值时，若对其施加一个微小的扰动，则结果的平衡位移将发生很大的变化，这种平衡状态的变化叫做结构的失稳，则相应的载荷为临界载荷。一般来说结构丧失稳定后的承载能力可以有时可以增加有时可以减小，这与载荷种类，结构的几何特性等因素有关。若结构加载到某一临界状态发生的显著变化，并不是由于材料破坏或软化造成的，则称为桔构的屈曲（buckling ）。当桔构的一种变形形态变的不稳定，而去找另一种稳定的变形形态，这种进一步的屈曲现象称为后屈曲（post-buckling）.一般，屈曲指
轴压作用下充液圆柱壳的屈曲的实验研究毕业论文
1引言 1.1研究意义 随着航空、航天、原子能利用等飞速发展，结构在冲击载荷作用下的稳定性问题，特别是进入塑性状态以后的稳定性问题，长期以来一直是工程力学和结构工程界十分活跃的研究领域。随着现代工业技术的发展，大量新型、高强度材料以及轻型结构的广泛应用于航空、航天、原子能、船舰、化工、建筑等许多工业行业中，这使得人们对诸如杆、板、壳等轻型结构元件在各种外载荷的作用下结构平衡稳定性问题愈来愈关注。最初的研究是弹性状态下的静力失稳问题，随着结构设计的发展，又进一步考虑结构在进入塑性状态以后才失稳。 圆柱壳常常是在内部充满液体介质的条件下工作的，显然，内部液体介质的存在将对圆柱壳的屈曲性能有重要影响，因此，研究充满液体的圆柱壳在轴向作用下的屈曲过程，不仅在结构设计和某些成型工艺中有着强烈的工程应用背景，而且也有重要的理论意义。对于静态内压和轴压联合作用下圆柱壳的弹性失稳问题，自三十年代， F lügge用小变形理论研究了该问题以来，已取得了一些成果。张善元等人曾对充满水的圆柱薄壳在轴向压缩下的屈曲性能进行了一系列的实验研究和相应的理论分析。王仁等人对充满液体的厚壁圆柱壳在轴向冲击载荷下的塑性失稳问题从理论和实验两个方面进行过探讨，认为与无内压时相比较，由于内压的存在，轴向失稳半波数略有减少，失稳形式以轴对称失稳形式为主。 冯元桢( Y．Zung)及席希勒(K Sec~Zer)于二十世纪50年代曾表示过：在某种意义上，薄壳的稳定性同题在经典的弹性理论中仍旧是最引人思考探索的同题。圆柱形薄壳于轴向压力下的弹性稳定性问题这一经典力学问题由于理论临界压力与实验值差别巨大吸引了无数力学家致力于研究，其理论的选出，从本世纪以来直到70年代依靠了近代实验手段才摸清了屈曲真相，理论才得适应。早期的线性理论辅压临界力大于实验值的2～5倍，甚至l0倍。于是L．H．Donnel 于1934年提出采用非线性理论研究这类壳的后屈曲问题。1941年卡门及钱学森(T．V onKo-Tmon& S．Tsi~n)应用了大挠度方程分析了这类壳的后屈曲问题。屈
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压杆屈曲分析 1.问题描述 在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷，导致构件的稳定承载力降低。 本文利用abaqus 对一定截面不同长细比下的H 型钢构件进行屈曲分析，通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲，得出构件发生弯曲失稳的极限荷载。通过比较不同长细比下的弯曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线，并与《规范》中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1所示。 构件的材料特性： E =2.0×1011 N m 2? ,μ=0.3 , f y =3.45×108N m 2? 压杆截面尺寸（单位：m）
图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性，截面绕y轴的回转半径为i y=0.0384m ,长细比取值及杆件长度见表1： 表1 λ50 60 80 100 120 150 180 ι（m） 1.92 2.30 3.07 3.84 4.60 5.76 6.90 3.模型分析 ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法，general statics法（加阻尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程
ansys桁架屈曲分析实例
一、桁架结构屈曲分析实例 命令流 ！步骤一前处理 /TITLE,buckling of a frame /PREP7 ET,1,BEAM4 R,1,2.83e-5,2.89e-10,2.89e-10,0.01,0.01, , RMORE, , , , , , , MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,1.5e11 MPDATA,PRXY,1,,0.35 RPR4,3,0,0,86.6025e-3, VOFFST,1,1, , /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST VDELE, 1 FLST,2,5,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-5 ADELE,P51X LPLOT FLST,5,3,4,ORDE,2 FITEM,5,7 FITEM,5,-9 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,,_Y LESIZE,_Y1, , ,20, , , , ,0 FLST,5,6,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-6 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,,_Y LESIZE,_Y1, , ,3, , , , ,0 FLST,3,6,4,ORDE,2 FITEM,3,4 FITEM,3,-9
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复合材料力学性能实验复习题new要点
复合材料力学性能实验复习题 1.力学实验方法的内涵？ 是以近代力学理论为基础，以先进的科学方法为手段，测量应变、应力等力学量，从而正确真实地评价材料、零部件、结构等的技术手段与方法； 是用来解决“物尽其用”问题的科学方法； 2.力学实验的主要任务，结合纤维增强复合材料加以阐述。 面向生产，为生产服务；面对新技术新方法的引入，研究新的测试手段；面向力学，为力学的理论建设服务。 3.对于单向层合板而言，需要几组实验来确定其弹性模量和泊松比？如何确定实验方案？ 共需五组实验，拉伸0/90两组，压缩0/90两组，剪切试验一组。 4.单向拉伸实验中如何布置应变片？ 5.单向压缩实验中如何布置应变片？ 6.三点弯曲实验中如何布置应变片？ 7.剪切实验中如何布置应变片？ 8.若应变片的粘贴方向与实样应变方向不一致，该如何处理？ 9.若加载方向与材料方向不一致，该如何处理？（这个老师给了） 10.纤维体积含量的测试方法？ 密度法、溶解法 11.评价膜基结合强度的实验方法？ 划痕法、压痕法、刮剥法、拉伸法、黏结剂法、涂层直接加载法、激光剥离法、弯曲法。 12.简述试样机械加工的规范？ 试样的取位区(距板材边缘30mm以上，最小不得小于20mm) 试样的质量（气泡、分层、树脂富集、皱褶、翘曲、错误铺层） 试样的切割（保证纤维方向和铺层方向与试验要求相符） 试样的加工（采用硬质合金刀具或砂轮片加工，防止试样产生分层、刻痕和局部挤压等机械损伤） 试样的冷却（采用水冷，禁止油冷） 13.纤维增强复合材料在拉伸试验中的几种可能破坏模式及其原因？ 所有纤维在同一位置破坏，材料吸收断裂能量很小，材料断裂韧性差； 纤维在基体中拔出，吸收断裂能量很大，材料韧性增加并伴随界面开裂； 介于以上两者之间。 14.加强片的要求？ 材料硬度低，便于夹具的咬合；材料的强度高，保证载荷能传递到试样上，且在试样发生破坏前本身不发生破坏。
压杆屈曲分析
压 杆屈曲分析 1.问题描述 在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷，导致构件的稳定承载力降低。 本文利用abaqus 对一定截面不同长细比下的H 型钢构件进行屈曲分析，通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲，得出构件发生弯曲失稳的极限荷载。通过比较不同长细比下的弯曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线，并与《规范》中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1所示。 构件的材料特性： E =2.0×1011 N m 2?,μ=0.3, f y =3.45×108N m 2? 图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性，截面绕y 轴的回转半径为i y =0.0384m ,长细比取值及杆件长度见表1： 表1 3.模型分析 ABAQUS 非线性屈曲分析的方法有riks 法，generalstatics 法（加阻尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用riks 算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus 进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得
出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue 乘以所设定的load ）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程 建模计算过程以长细比为50的构件为例，其余构件建模计算过程与之类似。 4.1buckle 分析 1在buckle 分析中创建part 模块，创建的模型为三位可变形壳体单元，截面参数见图1-1，构件长度1.92。如图4-1示 图4-1 2定义材料特性及截面属性并将其赋予单元。材料定义为弹塑性，泊松比0.3，屈服强度3.45×108N m 2?，弹性模量E =2.0×1011 N m 2?；腹板和翼缘板为壳单元，厚度分别为0.008和0,01。材料定义见图4-2 图4-2 3在Assembly 装配中创建一个instance 。 4创建分析步，类型为linerperturbation ，buckle 。如图4-3，分析步名设置为buckle1，此分析步名会在riks 分析中引入初始缺陷时用到。 图4-3 5定义边界及荷载，边界为一端铰支，一端滑动，荷载为单位为1的壳边缘荷载。荷载定义见图4-4 图4-4 6划分网格。 图4-5 7创建分析作业，提交并运行分析。结果如下图4-6： 图4-6 在buckle 分析中为了后面riks 非线性分析可以引入初始缺陷，划分网格结束后需要修改inp 文件，在model-editkeywords 中输入：
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盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。 压杆屈曲分析 1.问题描述 在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷，导致构件的稳定承载力降低。 本文利用abaqus 对一定截面不同长细比下的H 型钢构件进行屈曲分析，通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲，得出构件发生弯曲失稳的极限荷载。通过比较不同长细比下的弯曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线，并与《规范》中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1所示。 构件的材料特性： E =2.0×1011 N m 2? ,μ=0.3 , f y =3.45×108N m 2? 图1-1 2.长细比计算 压杆截面尺寸（单位：m）
通过计算截面几何特性，截面绕y轴的回转半径为i y=0.0384m ,长细比取值及杆件长度见表1： 表1 3.模型分析 ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法，general statics法（加阻尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程 建模计算过程以长细比为50的构件为例，其余构件建模计算过程与之类似。 4.1 buckle分析 1 在buckle分析中创建part模块，创建的模型为三位可变形壳体单元，截面参数见图1-1，构件长度1.92。如图4-1示
第五节 壳体的稳定性分析
第五节 壳体的稳定性分析 3.5 壳体的稳定性分析 3.5.1 概述 3.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 3.5.3 其他回转薄壳的临界压力 3.5.1 概述 1、外压容器举例 （1）真空操作容器、减压精馏塔的外壳 （2）用于加热或冷却的夹套容器的内层壳体 2、承受外压壳体失效形式： （1）强度不足而发生压缩屈服失效 （2）刚度不足而发生失稳破坏（讨论重点） 3、失稳现象： 定义: 承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸去后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的屈曲（b u c k l i n g ）或失稳（i n s t a b i l i t y ）。 实质: 从一种平衡状态跃到另一种平衡状态；应力从压应力变为弯应力。 现象: 横断面由圆变为波浪形，见表2-5 4、失稳类型： （1）弹性失稳：t 与D 比很小的薄壁回转壳，失稳时，器壁的压缩应力通常低于材 料的比例极限，称为弹性失稳。 （2）弹塑性失稳（非弹性失稳）：当回转壳体厚度增大时，壳体中的压应力超过材料 屈服点才发生失稳，这种失稳称为弹塑性失稳或非弹性失稳。 本节讨论：受周向均匀外压薄壁回转壳体的弹性失稳问题 二、临界压力 p a b c
1、临界压力 壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力，用p c r 表示。 2、失稳现象 外载荷达到某一临界值，发生径向挠曲，并迅速增加，沿周向出现压扁或波纹。 见表2-5 3、影响p c r 的因素： 对于给定外直径D o 和厚度，t p c r 与圆柱壳端部约束之间距离和圆柱壳上两个刚性元件之间距离L 有关；p c r 随着壳体材料的弹性模量E 、泊松比μ的增大而增加；非弹性失稳的p c r 还与材料的屈服点有关。 注意: 外压容器失稳的根本原因是由于壳体刚度不足，并不是由于壳体存在椭圆度或材料不均匀所致。即椭圆度和材料不均匀对失稳的性质无影响，只影响使p c r ↓。 3.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 目的：求cr p 、cr σ、cr L 理论: 理想圆柱壳小挠度理论 假设： ①圆柱壳厚度t 与半径D 相比是小量，位移w 与厚度t 相比是小量(t D ↓↓， w t ↓↓) ②失稳时圆柱壳体的应力仍处于弹性范围。 线性平衡方程和挠曲微分方程； 该理论的局限 （1）壳体失稳的本质是几何非线性的问题； （2）经历成型、焊接、焊后热处理的实际圆筒，存在各种初始缺陷，如几何形状偏 差、材料性能不均匀等； （3）受载不可能完全对称。 因此，小挠度线性分析会与实验结果不吻合。在工程中，在采用小挠度理论分析基础上，引进稳定性安全系数 m ，限定外压壳体安全运行的载荷。 外压圆筒分成三类： （1）长圆筒：L /D o 和D o /t 较大时，其中间部分将不受两端约束或刚性构件的支承 作用，壳体刚性较差，失稳时呈现两个波纹，n =2。 （2）短圆筒：L /D o 和D o /t 较小时，壳体两端的约束或刚性构件对圆柱壳的支持作 用较为明显，壳体刚性较大，失稳时呈现两个以上波纹，n ＞2。 （3）刚性圆筒：L /D o 和D o /t 很小时，壳体的刚性很大，此时圆柱壳体的失效形式 已经不是失稳，而是压缩强度破坏。 一、受均布周向外压的长圆筒的临界压力 思路：通过推导圆环临界压力，变换周向抗弯刚度，即可倒出长圆筒cr p 的： 1、圆环的挠曲微分方程（模型见2-39）