冲击扭转载荷下圆柱壳动态屈曲数值研究

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。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，分析了动态稳定领域的最新研究进展。主要总结了冲击扭转载荷作用下圆柱壳动态屈曲问题的研究方法和屈曲现象，并对材料不同圆柱壳的扭转屈曲问题进行对比分析，得出了一些有意义的结论。 基于目前圆柱壳动态屈曲问题纷繁芜杂的分析手段，本文采取理论与数值分析相结合的研究方法。 依据应力波传播理论定义载荷模型，得出圆柱壳扭转屈曲分析中瞬时冲击载荷为阶跃载荷的结论。 应用有限元分析方法求解扭转冲击载荷作用下圆柱壳的动力屈曲问题，给出结构动力屈曲的有限元格式和常用算法，分析了不同算法的特点。由此，采用ANSYS有限元分析软件进行数值计算，充分考虑材料、几何、载荷等多种因素对问题本身所带来的影响，并给出了相应的结论。 借助于波动理论和有限元分析方法研究了圆柱壳扭转屈曲的产生机理和发生发展趋势。论证了结构受冲击载荷作用时，必然伴随着应力波作用的结果。并依据结果合理地解释了应力波传播过程中反射、叠加等物理现象。 通过对比分析材料不同圆柱壳扭转屈曲的产生发展过程，阐述了材料特性对圆柱壳屈曲问题所带来的影响，并结合理论分析给出了合理的解释。 本文的研究方法为解决类似问题和相关的研究方向提供了一个求解思路和途径。

目录

文摘

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1绪论

2应力波理论在结构动态屈曲问题中的应用

3冲击载荷作用下圆柱壳的动力屈曲分析

4动力屈曲问题和有限元方法

5弹性圆柱壳的冲击扭转屈曲

6弹塑性圆柱壳的冲击扭转屈曲

6.1引言

6.2有限元计算模型

6.3动力扭转屈曲分析

6.3.1个案分析

6.3.2影响因素分析

6.4小结

7弹性圆柱壳与弹塑性圆柱壳扭转屈曲对比分析

8总结与展望

参考文献

附录A主要符号表

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢