内胀环形圆管膜大变形研究

论文题目: 内胀环形圆管膜大变形研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 固体力学

作者: 王亮

导师: 张义同

关键词: 环形圆管膜,大变形,有限元,超弹性材料

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来一些工业应用部门不断的提出探索橡胶高分子膜材料机械特性的要求并希望计算分析各种膜结构的大变形。薄膜大变形问题是非线性有限弹性理论中的一个重要问题,Green和Adkins于1970年在著作中提出橡胶薄膜的弹性理论,并且Green和Adkins,Eringen等曾指出球形薄膜在大变形膨胀过程中会发生失稳现象。在环面整体半径远远大于其横截面半径的假设下,Kydoniefs和Spencer应用摄动法研究了环面薄膜的大变形膨胀问题。在同样的假设下,Hill仍用摄动法分析了环面厚薄膜的膨胀变形。上述有关环面薄膜的研究中均限制了几何参数必须是一个小参数,因而具有一定的局限性。本文参考了一种大变形曲壳单元和超弹性材料的本构关系并研究了圆截面环形膜的几何、变形描述及控制方程。并利用目前世界上公认的最强大的有限元分析前后处理软件MSC.Patran与强大的非线性有限元分析软件—MSC.Marc的求解器结合在一起对环面薄膜在大变形膨胀过程进行了分析。在这些工作的基础上,通过建立合理的有限元模型,通过对模型的分析和讨论,探讨了几种不同材料环面薄膜在一节点固定的情况下受均布内力作用下结构位移变化、应力分布和某一点的位移变化曲线以及结构的厚度变化的情况从而得出了几种材料变化情况。本文将有限元方法与计算机数值模拟技术相结合,分析研究了不同材料环面薄膜在结构厚度不均匀时受到均匀内力作用以后发生大变形及变形后应力分布厚度变化情况,为环面薄膜大变形失稳研究提供了参考依据。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 环面薄膜大变形研究的发展背景

1.2 有限元方法介绍

1.2.1 有限元方法的基本思想

1.2.2 有限元法的发展概况

1.2.3 有限元方法的特点

1.2.4 有限元法分析过程

1.3 有限元软件MSC.Patran/Marc简介

1.3.1 有限元软件MSC.Patran/Marc简介

1.3.2 利用MSC.Patran/Marc解决有限元问题基本步骤

1.4 本文的主要工作

第二章 大变形曲壳单元

2.1 前言

2.2 单元的位移模式

2.3 单元的位移增量与应变增量

2.4 增量形式的平衡方程

2.5 矢量G_i 的单位化

第三章 超弹性材料本构模型

3.1 概述

3.2 超弹性材料的基本理论及控制方程

3.2.1 超弹性材料概论

3.2.2 各向同性超弹性

3.2.3 各向同性应变能函数举例

第四章 圆截面环形膜膨胀大变形分析

4.1 圆截面环形膜的几何描述

4.2 圆截面环形膜的变形描述

4.3 膜内力表示

4.4 控制方程

第五章 环形圆管膜大变形分析数值计算及结果处理

5.1 环形圆管膜力学模型的建立

5.1.1 问题的描述

5.1.2 建立几何模型

5.1.3 有限元网格的划分

5.1.4 材料属性（本构关系）【Materials】的定义

5.1.5 有限元模型单元的物理特性【Properties】的定义

5.1.6 定义静态工况

5.1.7 有限元模型的载荷及边界条件的定义

5.2 进行分析

5.3 计算结果后置处理

5.4 线弹性材料环形圆管膜大变形分析

5.4.1 变形前后位移变化比较分析

5.4.2 内力作用应力分布分析

5.4.3 薄膜厚度随载荷增加变化分析

5.5 超弹性材料环形圆管膜大变形分析

5.5.1 Neo_Hookean材料环形圆管膜大变形分析

5.5.2 Mooney_Rivlin材料环形圆管膜大变形分析

第六章 本文的工作总结与展望

6.1 本文的工作总结

6.2 进一步工作设想

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

发布时间: 2007-04-17

参考文献

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