不完整结构屈曲及其可靠性评定方法研究

论文摘要

初始几何缺陷是实际结构最主要的缺陷之一，初始缺陷结构的屈曲概率研究是结构可靠度理论在现代结构稳定性理论领域的重要应用。基于结构可靠度的初始缺陷结构屈曲容许荷载能够充分考虑结构的客观缺陷和参量的随机特性，更符合工程实际，因此，开展基于结构可靠度的缺陷结构屈曲安全设计具有一定理论意义和应用前景。 本文开展了初始缺陷对结构屈曲可靠度的影响研究。在大量文献研究的基础上，提出了基于载荷对位移最大变化速率点PBP(Pseudo BifurcatePoint)的安全屈曲载荷设计的方法，将传统的稳定失稳和不稳定失稳统一为广义分支失稳。基于梁柱屈曲理论和验算点法，建立了初始偏心和初始挠曲缺陷结构的屈曲安全余量，建立了集中载荷、均布载荷和端部弯矩载荷等组合载荷作用下的不完整梁柱结构的屈曲安全余量，分析了初始缺陷对结构屈曲可靠度的影响。研究了具有初始几何缺陷的刚架结构屈曲问题，通过数值计算结果，分析了组合载荷的临界值域分布，推导并建立了以缺陷无量纲幅值为变量的结构BCPL(The Biggest Curvature Point Load)屈曲安全余量方程。 利用傅立叶变换，推导了局部缺陷薄壁圆柱壳结构的屈曲载荷的解析解，建立了局部对称缺陷圆柱壳结构的安全余量方程，并进行了数值计算分析，研究了分布轴对称、分布非对称对薄壁圆柱壳屈曲可靠度的影响，建立了外压作用下的非轴对称初始缺陷薄壁圆柱壳结构临界屈曲安全余量，并进行了数值分析。建立了分布轴对称、分布非对称以及局部对称缺陷薄壁圆柱壳结构，开展了基于可靠度的屈曲容许临界荷载设计方法研究。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的工程背景、目的和意义
• 1.2 近代结构屈曲的研究与发展
• 1.3 结构可靠度的发展与研究现状
• 1.4 关于缺陷的分类
• 1.5 课题国内外研究现状
• 1.5.1 结构缺陷的研究
• 1.5.2 缺陷结构屈曲可靠性研究
• 1.5.3 结构非线性平衡方程的求解方法研究
• 1.5.4 围压作用下的缺陷圆柱壳屈曲研究
• 1.5.5 缺陷结构的屈曲设计准则研究现状
• 1.6 基于缺陷结构屈曲可靠性分析的意义
• 1.7 本文的主要研究工作
• 第2章 结构屈曲与结构可靠度的基本理论
• 2.1 结构屈曲的基本理论
• 2.1.1 结构屈曲的基本类型
• 2.1.2 结构屈曲的计算准则
• 2.1.3 Koiter屈曲理论
• 2.2 结构可靠性概述
• 2.2.1 结构的极限状态概述
• 2.2.2 可靠性指标β的基本概念
• 2.3 结构可靠性指标β的计算方法
• 2.3.1 均值一次二阶矩法（FOSM）
• 2.3.2 验算点法（改进的一次二阶矩法）（AFOSM）
• 2.4 基于结构可靠度的结构容许屈曲荷载设计方法研究
• 2.4.1 模型分析
• 2.4.2 处于载荷水平a的结构可靠度
• 2.4.3 基于屈曲可靠性的结构截面优化设计方法
• 2.5 缺陷结构屈曲可靠性评估的简化方法初探
• 2.5.1 缺陷圆柱壳结构的屈曲载荷增量表达
• 2.5.2 缺陷圆柱壳结构的屈曲载荷增量的渐进展开
• 2.5.3 缺陷圆柱壳结构的可靠度函数
• 2.6 缺陷结构可靠性分析的基本随机变量
• 2.6.1 基本随机变量的选择
• 2.6.2 基本变量的统计特性
• 2.7 本章小结
• 第3章 不完整杆系结构屈曲可靠性评定方法研究
• 3.1 轴压结构屈曲分析的力学模型
• 3.1.1 完整杆件结构屈曲力学模型分析
• 3.1.2 不完整杆件结构屈曲力学模型分析
• 3.1.3 基于结构安全的不完整结构修正临界屈曲荷载
• 3.2 不完整轴压柱屈曲可靠性分析
• 3.2.1 完整轴压柱的屈曲载荷
• 3.2.2 具有初始偏心的轴压柱屈曲可靠性分析
• 3.2.3 初始挠度缺陷结构的屈曲可靠度分析
• 3.3 组合载荷作用下的不完整结构屈曲可靠度分析
• 3.3.1 横向集中载荷作用下不完整轴压结构屈曲分析
• 3.3.2 均布载荷作用下的不完整轴压结构屈曲分析
• 3.3.3 端部弯矩作用下的不完整轴压结构屈曲分析
• 3.4 不完整刚架结构屈曲分析
• 3.4.1 单向载荷作用下的不完整刚架结构屈曲载荷 BCPL分析
• 3.4.2 组合载荷作用下的不完整刚架结构屈曲可靠性分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 不完整薄壁圆柱壳结构屈曲可靠度研究
• 4.1 完整圆柱壳屈曲问题的基本方程
• 4.1.1 Karman-Donnel非线性屈曲方程
• 4.1.2 均匀轴压作用下的圆柱壳屈曲经典解答
• 4.1.3 均匀外压作用下的完整圆柱壳体屈曲
• 4.2 具有初始缺陷的 Karman-Donnel方程
• 4.3 局部轴对称初始缺陷对圆柱壳屈曲可靠性影响
• 4.3.1 具有局部轴对称初始缺陷的圆柱壳临界屈曲无量纲载荷
• 4.3.2 具有局部轴对称初始缺陷圆柱壳体安全余量
• 4.3.3 局部轴对称初始缺陷圆柱壳体安全屈曲可靠度数值分析
• 4.4 具有分布轴对称初始缺陷的圆柱壳
• 4.4.1 具有分布轴对称初始缺陷圆柱壳临界屈曲无量纲载荷
• 4.4.2 具有分布轴对称初始缺陷圆柱壳体的结构屈曲安全余量
• 4.4.3 分布轴对称初始缺陷圆柱壳体结构屈曲可靠性数值分析
• 4.5 具有分布非对称初始缺陷的圆柱壳临界屈曲
• 4.5.1 具有分布非对称初始缺陷的圆柱壳临界屈曲无量纲载荷
• 4.5.2 随机分布非对称初始缺陷的圆柱壳体结构屈曲安全余量
• 4.5.3 随机分布非对称缺陷结构屈曲可靠度数值分析
• 4.6 外压作用下的非轴对称初始缺陷不完整圆柱壳体屈曲
• 4.6.1 弹性屈曲无量纲载荷
• 4.6.2 具有非轴对称缺陷的外压圆柱壳体安全余量
• 4.6.3 分布非轴对称缺陷外压圆柱壳体屈曲可靠度数值分析
• 4.7 基于简化方法的缺陷圆柱壳结构可靠度评定
• 4.8 本章小结
• 第5章 基于可靠度的结构容许屈曲荷载
• 5.1 分布轴对称初始缺陷结构容许屈曲荷载设计
• 5.2 分布非对称初始缺陷结构容许屈曲荷载设计
• 5.3 局部轴对称初始缺陷结构容许屈曲荷载设计
• 5.4 非轴对称初始缺陷外压作用圆柱壳容许屈曲荷载设计
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历