论文摘要
限制失稳是指构件失稳时其屈曲变形受到约束而不能自由发展的失稳。与自由失稳相比,限制性失稳过程中结构的特性会发生改变,经典意义上的分叉曲线会被修改。同时由于约束的存在引入了接触、非保守、摩擦等非线性问题,使其研究变得十分复杂。本文在对圆柱壳限制失稳的研究进展进行综述的基础上,应用最小势能原理对圆柱形衬壳在均匀外压作用下的屈曲控制方程进行了推导；根据衬壳相应的边界条件和限制条件,采用伽辽金法对圆柱形衬壳的临界屈曲问题进行了求解；通过引入波长缩短比例因子,研究了衬壳与外围设备壁面之间的接触对衬壳临界压力的影响。结果表明,在不考虑衬壳与外围设备壁面的接触而只是将衬壳的屈曲位移限制在外围设备空腔内部的情况下,相比于衬壳自由失稳,其限制失稳的临界压力在本文所选模型尺寸范围内提高了36%左右。而考虑衬壳与外围设备壁面的接触后,衬壳失稳环向波长比其自由失稳时的环向波长短,当波长缩短至自由失稳波长的一半时,衬壳限制失稳的临界压力可达自由失稳临界压力的3倍。通过建立圆柱壳与空腔的三维有限元模型,应用ANSYS研究了圆柱壳受到空腔约束时的失稳情况。结果表明约束使圆柱壳失稳的临界压力有很大提高,但提高的程度与圆柱壳和空腔之间存在的间隙有关,间隙越大,圆柱壳失稳的临界压力越低。采用非线性屈曲分析技术对外套卡箍薄壁圆柱壳的失稳进行了研究。探讨了卡箍的位置、数目和宽度以及两卡箍之间的距离对圆柱壳临界压力的影响。研究发现,卡箍所在圆柱壳上的位置对圆柱壳失稳的临界压力影响较大,当卡箍置于圆柱壳正中间的时候其失稳临界压力最高；而随着卡箍数目与卡箍宽度的增加,圆柱壳的临界压力也相应增加；当两卡箍之间的距离与圆柱壳的外径比为20时,卡箍对圆柱壳失稳的临界压力已基本没有影响。