缺陷加筋板的动力屈曲数值研究

摘要

加筋板结构在有效地保证了结构的可靠性和耐久性前提下，能够大幅度节省结构材料，减轻结构重量，同时还能保证结构的使用效率和经济性，因而在船舶、航空航天、桥梁建筑等众多工程领域中得到了广泛的应用。虽然加强筋的引入给工程建筑领域带来了很大的优势，但同时也会不可避免地带来结构上的不连续性和各向异性，加之结构在建造和使用过程中亦可能产生某些结构性的缺陷（如初始挠度、凹陷、开孔、裂纹等），使得加筋板的力学性能发生了改变同时也使得分析研究这种改变带来的影响变得十分复杂。
　　目前船舶结构的屈曲分析一般都是基于静态载荷的假设下进行的，然而，在实际情况中，船舶结构的载荷绝大部分都是动态的，静力屈曲仅取决于作用力的大小，而动力屈曲不仅取决于作用力的大小，而且还与作用力的作用形式、作用力的持续时间、作用力的变化频率以及结构的初始缺陷等因素有关。而正是由于时间参数的引入使得问题的研究更加的繁复，相关领域文献亦相对少见，因而对该问题给予更全面深入的研究具有重要意义。
　　本文利用了非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA，根据B-R(Budiansky-Roth)准则，对四边简支的含初始缺陷（初始挠度、局部孔洞）加筋板进行了动力屈曲分析，考察了初始挠度大小、动载荷持续时间、冲击载荷形式、加强筋尺寸及倾斜角度等对加筋板临界动力屈曲载荷和抗屈曲特性的影响。
　　本文介绍了结构动力稳定性研究方向，从周期性载荷以及冲击载荷两个方面归纳分析了结构动力屈曲的研究现状，深入研究探讨了结构屈曲问题的分类，动屈曲问题特点，评价了动屈曲问题的判别准则。
　　本文认为结构初始挠度大小，载荷持续时间、冲击载荷形式以及加强筋尺寸及倾斜角度均不同程度影响着加筋板结构临界屈曲载荷值和抗屈曲特性。避免结构含较大初始挠度，减小局部孔洞的半径、选择合适加强筋尺寸和形式均有利于提高加筋板的承载能力。

目录

声明

摘要

绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 结构动力屈曲研究现状

1．2．1 周期载荷下结构的动态屈曲问题研究进展

1．2．2 冲击载荷下结构的动态屈曲问题研究进展

1．3 研究内容相关理论

1．3．1 结构屈曲问题分类

1．3．2 结构动屈曲问题特点

1．3．3 结构动屈曲问题的判别准则

1．4 论文主要研究内容

2．屈曲问题与有限元理论

2．1 结构动力分析基本步骤

2．3 非线性冲击载荷响应算法

2．4 运动方程求解的显式中心差分法

2．4．1 基本理论及计算过程

2．4．2 非线性动力方程具体解法

2．4．3 临界时间步长的确定

2．4．5 波传播问题的求解

2．5 非线性有限元软件LS-DYNA

2．5．1 LS-DYNA简介及发展概述

2．5．2 LS-DYNA的分析能力

2．5．3 材料模型和单元库

2．5．4 ANSYS／LS-DYNA分析的一般流程

3 加筋板结构静屈曲强度分析

3．1 理论基础

3．1．1 特征值屈曲分析基础

3．1．2 结构非线性屈曲分析基础

3．2 数值模拟

3．2．1 有限元模型的建立

3．2．2 边界条件及计算工况

3．2．3 固有频率求解

3．2．4 加筋板特征值屈曲求解

3．3 本章小结

4 流固冲击载荷下含初始挠度加筋板的非线性动力屈曲研究

4．1 引言

4．2 数值模拟

4．3 影响参数分析

4．3．1 初始挠度的影响

4．3．2 载荷持续时间的影响

4．3．3 冲击载荷形式的影响

4．3．4 加强筋的影响

4．4 应力波传播探究

4．4 本章小结

5 流固冲击载荷下局部孔洞加筋板的非线性动力屈曲研究

5．1 引言

5．2 数值模拟

5．3 不同参数影响下的动力屈曲分析

5．3．1 开孔大小对动力屈曲临界载荷的影响

5．3．2 初挠度对开孔加筋板动力屈曲临界载荷的影响

5．3．3 载荷持续时间对开孔加筋板动力屈曲临界载荷的影响

5．3．4 冲击载荷形式对开孔加筋板动力屈曲临界载荷的影响

5．3．5 加强筋尺寸对开孔加筋板动力屈曲临界载荷的影响

5．4 应力波传播探究

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢