含裂纹偏心受压开口薄壁圆柱壳的断裂和稳定性研究

摘要

薄壁壳体具有造型美观，受力合理和经济适用等优点，大量的应用于工程实际当中，但是研究大多都集中在完整的闭口薄壁构件上。对于实际工程中越来越多的要使用到的一些开口薄壁构件，研究的相对较少，尤其是含裂纹的开口薄壁壳体研究更少。在荷载作用下开口薄壁壳体结构主要破坏形式，无论是通常情况下得屈曲失稳破坏，还是薄壁壳体结构的断裂破坏，都呈现出强烈的突然性，造成灾难性的事故，所以薄壁壳体结构的安全性以及安全性评价方法一直是工程界的普遍关注和研究的问题，要建立薄壳结构的安全性评价方法，必须研究含裂纹的开口薄壁壳体结构的断裂力学行为以及壳体屈曲的平衡路径和极限承载力，基于此，本文的研究内容主要有： （1）含裂纹的开口薄壁壳体结构断裂力学行为研究。在弹性条件下，应力强度因子是表征结构断裂的一个重要参数，可以用来判断构件是否会进入失稳断裂状态。本文针对含有裂纹的开口薄壁圆柱壳结断裂问题，基于J积分理论，采用有限元方法研究了含有环向裂纹的开口薄壁圆柱壳结构偏心受压下的断裂力学响应，分析了荷载的大小、偏心度、裂纹长度、开口大小对裂纹应力强度因子的影响，这是建立开口薄壁圆柱壳结构断裂行为安全评价方法所必须的。 （2）含裂纹的开口薄壁壳体结构弹性屈曲行为研究。裂纹的存在会加剧开口薄壁壳体结构屈曲前的变形，还会影响到壳体屈曲的平衡路径和极限承载力，因此本文分析了含裂纹的开口薄壁壳体结构弹性屈曲行为，分析了荷载的大小、偏心度、裂纹长度、开口大小对开口圆柱壳薄壁柱结构的变形、裂纹截面张开位移、屈曲前平衡路径和极限荷载力的影响，这是建立开口薄壁圆柱壳结构屈曲行为安全评价方法所必须的。