扁柱面网壳的非线性动力学行为

论文摘要

本论文主要研究了扁柱面网壳的非线性动力学行为。介绍了国内外网壳的进展情况,针对扁柱面网壳在动态载荷作用下的动力学特性做了较为系统的分析和计算,对工程应用提供了理论依据。首先基于板壳的非线性动力学理论,采用非线性动力学中的现代数学分析方法,根据网格等效理论,把网格等效为连续体的扁柱面壳,然后运用连续化拟壳法的思想,建立了非线性动力学控制方程,在扁柱面网壳周边简支和周边在底面内可移简支的情况下。分析了单层和双层扁柱面网壳的非线性固有频率,动力稳定性,分岔,混沌问题,用数字图来模拟了该问题的Floquet指数的分岔图、相图,以及Poincare映射图,证实了混沌的存在。 第一章绪论主要介绍了研究网壳的意义,论文所用到的理论知识以及研究动力学稳定性的的重要性和研究网壳的计算方法,然后介绍了网壳研究的进展情况。 第二章主要研究了扁柱面网壳的非线性动力学稳定性问题。由壳体结构的几何方程、物理方程和平衡方程,根据薄壳的非线性动力学理论,用拟壳法推导出扁柱面网壳的非线性动力学变分方程和变形协调方程,在周边简支和底面内可移简支的边界条件下,用Galerkin方法得到一个含二次、三次项的非线性微分方程。为了讨论分岔和混沌运动,对一类非线性系统的自由振动方程进行了求解。对于扁柱面网壳的非线性动力学的自由振动方程,给出了准确解。用Flopuet指数来判断该系统发生分岔的条件,并用数字图给予了模拟。用复变函数求出Melnikov函数,继而给出了发生混沌的临界条件,通过数字仿真和Poincare映射证实了混沌运动的存在。 第三章主要研究了该非线性动力系统的非线性固有频率。通过上一章所推导出来的非线性动力学微分方程和变形协调方程,分别在周边简支和底面内可移简支的边界条件下,用能量变分的方程积分即可得到扁柱面网壳的非线性固有频率。根据非线性固有频率的特征关系式画出了非线性固有频率的特征曲线。 第四章主要研究了扁柱面网壳的非线性弯曲问题。在满足边界条件下,假设该网壳的位移函数,在周边简支和底面内可移简支两种边界条件下,利用Galerkin方法得到了关于挠度和均布载荷的关系式,并绘出了载荷和挠度的特征曲线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的、意义和来源
• 1.2 网壳结构的历史
• 1.3 网壳的计算方法
• 1.4 分岔、混沌研究的意义
• 1.5 课题的国内外发展现状、趋势
• 1.6 本文主要研究内容
• 第二章 扁柱面网壳的非线性力学特征
• 2.1 力学计算模型
• 2.2 等效刚度的推导
• 2.2.1 双层扁柱面网壳等效刚度
• 2.2.2 单层三角形扁柱面网壳的等效刚度
• 2.3 柱面网壳非线性动力微分方程的推导
• 2.3.1 单层柱面网壳的动力学微分方程
• 2.3.2 双层正交斜放四角锥柱面网壳的非线性动力学的微分方程
• 2.3.3 扁柱面网壳的边界条件
• 2.4 单层和双层柱面网壳的求解
• 2.4.1 扁柱面网壳的边周边在底面内可移简支
• 2.4.2 扁柱面网壳的周边简支
• 2.5 用Floquet指数方法研究系统分岔问题
• 2.6 对自由振动方程的求解
• 2.7 用Melnikov方法研究系统的混沌问题
• 2.8 结论
• 第三章 扁柱面网壳的非线性固有频率
• 3.1 基本方程和边界条件的建立
• 3.1.1 单层柱面网壳基本方程的推导
• 3.1.2 双层柱面网壳基本方程的推导
• 3.1.3 边界条件的建立
• 3.2 基本方程的求解
• 3.2.1 考虑柱面网壳的周边在底面内可移简支
• 3.2.2 扁柱面网壳的周边简支
• 3.2.3 两种边界条件下的非线性固有频率的比较
• 3.3 结论
• 第四章 扁柱面网壳在非线性横向载荷作用下的弯曲问题
• 4.1 基本方程的建立
• 4.2 问题的求解
• 4.2.1 扁柱面网壳的边缘在底面内可移简支
• 4.2.2 扁柱面网壳周边简支
• 4.2.3 两种情况进行比较
• 4.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文