论文题目: 冲击载荷下圆柱壳非线性动力屈曲的数值研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 化工过程机械
作者: 李帅
导师: 马源
关键词: 动态屈曲,数值研究,应力波,圆柱壳,冲击载荷,非线性
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 结构的稳定性问题是近代固体力学的一项重要研究内容,也是目前工业设备中迫切需要解决的课题之一。圆柱壳是工程中最常使用的结构形式,从某种意义上来说,对这类结构屈曲问题的研究,推动了结构稳定性理论的发展。我们对圆柱壳结构在冲击载荷下的动态屈曲问题进行了较为系统深入的理论分析,针对结构动力屈曲行为提出了行之有效的数值研究方法,并给出了符合实验结果的圆柱壳体的后屈曲模态。 本文介绍了结构稳定理论的主要研究方向,分析了动态稳定性领域的最新研究进展。主要总结了轴向冲击载荷作用下圆柱壳的动态屈曲问题的研究方法和结论,评价了轴向冲击载荷下结构的动态屈曲准则。 本文对圆柱壳在轴向冲击下的弹性和弹塑性屈曲进行了理论上的探讨和研究。首先建立在轴向冲击下圆柱壳弹性屈曲的扰动方程,给出相应的边界条件、初始条件、和相容条件,应用B-R运动准则,导出分叉条件,并在此基础上,进一步引入塑性波的影响,建立弹塑性圆柱壳动力屈曲的扰动方程,导出分叉条件。 本文应用有限元方法求解轴向冲击载荷作用下圆柱壳的动力屈曲问题。给出了结构动力屈曲的有限元格式及其常用算法,分析了不同算法的特点。中心差分法特别适合波传播问题,并且有显式算法的优点即时间上比较经济,因此采用应用有限元程序包LS-DYNA3D对圆柱壳结构在冲击载荷下的动态屈曲进行数值计算。计及几何非线性和材料非线性,根据B-R准则对圆柱壳进行非线性动力响应分析,进而分析轴向冲击下的圆柱壳动力屈曲行为;讨论了轴向冲击圆柱壳结构动力响应、动力屈曲及动力失效的影响因素。给出相应结论。 本文借助于应力波传播规律和有限元数值方法研究了圆柱壳结构在冲击载荷作用下的动态屈曲问题。结构受冲击载荷作用时,必然伴随着压缩应力波(纵波)、以及弯曲应力波的传播,甚至应力波的反射和透射等。正是由于具有局部特征的应力波传播,引起结构动力屈曲现象局部或整体地发生和生长。这种方法为解决类似问题和相关研究方向提供了一个求解思路和途径。
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1．1 课题的背景和选题意义
1．2 研究现状
1．2．1 弹性动力屈曲
1．2．2 塑性动力屈曲
1．2．3 结构动态屈曲问题的实验技术
1．3 经典稳定性理论
1．3．1 经典稳定性准则
1．3．2 初始后屈曲理论
1．4 动力屈曲问题
1．4．1 解决动力屈曲问题的难点
1．4．2 动力稳定性屈曲准则
1．5 主要工作
2 应力波理论
2．1 本构关系
2．2 波动方程
2．3 能量方法
2．4 波动方程的通解讨论
2．5 基本问题提法和求解
2．6 弹性波的反射和透射
2．6．1 自由端面的弹性波反射
2．6．2 固支端面的弹性波反射
2．7 弹塑性加载波
2．8 卸载波的控制方程
2．9 弹塑性波在有限长杆中传播
3 圆柱壳动力屈曲理论分析
3．1 假设
3．2 受轴向冲击的弹性圆柱壳动力屈曲理论
3．2．1 扰动方程的建立和求解
3．2．2 边界条件及相容条件
3．3 冲击载荷下的弹塑性屈曲
3．4 圆柱壳弹塑性动力屈曲理论分析
3．4．1 扰动方程的建立及求解
3．4．2 边界条件及相容条件
4 圆柱壳非线性动力屈曲有限元方法
4．1 结构动力学有限元方法概述
4．2 直接积分法
4．2．1 中心差分法
4．2．2 Newmark方法
4．3 ANSYS／LS-DYNA有限元分析程序
4．3．1 ANSYS/LS-DYNA的算法基础
4．3．2 空间有限元的离散化
4．3．3 非线性动力方程的解法
4．4．4 临界时间步长的确定
5 轴向冲击载荷下弹性完善圆柱壳动力屈曲数值分析
5．1 引言
5．2 有限元计算模型
5．3 不同载荷下圆柱壳的变形性态
5．3．1 N_c=0.5P_(cr)时，圆柱壳的变形性态
5．3．2 N_c=1.5P_(cr)时，圆柱壳的变形性态
5．3．3 N_c=2.5P_(cr)时，圆柱壳的变形性态
5．4 临界动力屈曲载荷的判定
5．5 N_c=2.5P_(cr)t_0=500μs的圆柱壳动力屈曲分析
5．5．1 临界屈曲时间
5．5．2 圆柱壳动力屈曲的模态分析
5．5．3 压缩波和弯曲波的传播
5．5．4 周向应力波的不均匀性
5．5．5 非轴对称屈曲现象的研究
5．5．6 惯性效应分析
5．5．7 卸载后的屈曲分析
5．6 圆柱壳的几何参数影响
5．6．1 圆柱壳的长度效应
5．6．2 几何参数R/H对临界动力屈曲载荷的影响
5．7 结论
6 轴向冲击载荷下弹塑性完善圆柱壳动力屈曲数值分析
6．1 引言
6．2 有限元计算模型
6．3 圆柱壳动力屈曲分析
6．3．1 临界屈曲载荷
6．3．2 临界屈曲时间
6．3．3 动力屈曲的模态分析
6．3．4 应力波效应
6．4 不同参数条件对屈曲的影响
6．4．1 几何参数对屈曲的影响
6．4．2 屈服强度对屈曲的影响
6．4．3 载荷峰值对屈曲的影响
6．4．4 切线模量E_1对屈曲的影响
6．5 本章小结
结论
参考文献
附录A 主要符号表
致谢
大连理工大学学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-07-05
参考文献
- [1].冲击扭转载荷下圆柱壳动态屈曲数值研究[D]. 王雪峰.大连理工大学2006
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