結(jié)構(gòu)在約束下屈曲的數(shù)值模擬.pdf

1、本研究回顧了結(jié)構(gòu)屈曲問題的研究歷史和現(xiàn)狀，探討了桿、板等結(jié)構(gòu)在約束下屈曲和后屈曲的計(jì)算原理和方法，對(duì)此類非線性特征值屈曲問題和幾何非線性后屈曲問題進(jìn)行了有限元建模和求解，使用商用有限元工程軟件ANSYS對(duì)連續(xù)和離散纖維搭橋的常用結(jié)構(gòu)的屈曲和后屈曲進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)比了不含纖維搭橋的屈曲計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了搭橋纖維約束對(duì)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響的理論分析結(jié)果。本研究分為五個(gè)部分： 第一部分回顧了屈曲問題的基本理論，和研究的歷史與現(xiàn)狀。之后，

2、介紹大型有限元分析軟件ANSYS，簡(jiǎn)要說明了數(shù)值模擬的方法。然后，闡明了本文的研究背景和基本研究范圍和研究方法。 第二部分介紹了線性特征值屈曲的屈曲理論，探討了非線性特征值屈曲的特點(diǎn)。針對(duì)線性約束下的理想壓桿屈曲問題，給出了ANSYS軟件的計(jì)算實(shí)例；針對(duì)非線性特征值屈曲問題，考慮有初始缺陷的軸壓桿，按照求解第二類穩(wěn)定問題（極值點(diǎn)穩(wěn)定問題）的壓潰理論，確定屈曲臨界載荷。在對(duì)比了兩種解法的優(yōu)缺點(diǎn)之后，又將非線性屈曲的ANSYS模擬結(jié)

3、果和理想壓桿的解析結(jié)果對(duì)照，證明了本文所使用的ANSYS非線性分析方法的可靠性。 第三部分在前一部分的基礎(chǔ)上，引入了纖維搭橋。脫層將不是簡(jiǎn)單的在載荷作用屈曲起來，而是要考慮在脫層與結(jié)構(gòu)基體間存在的纖維約束。在這里，搭橋纖維被假設(shè)成一種類似彈簧的約束附加在屈曲脫層和基體之間。數(shù)值模擬的結(jié)果表明，它們能提供一種結(jié)構(gòu)強(qiáng)化，使得屈曲得到某種程度的抑制。這種纖維搭橋的現(xiàn)象強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)在載荷作用下的穩(wěn)定性能，使得屈曲更難以發(fā)生，減輕了結(jié)構(gòu)的破

4、壞。本部分先是在桿結(jié)構(gòu)上加入搭橋纖維，并把計(jì)算出的結(jié)果與沒有搭橋纖維的桿屈曲的結(jié)果對(duì)比，通過變換參數(shù)，充分證明了搭橋纖維對(duì)于桿結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的強(qiáng)化，并順帶討論了彈性地基梁?jiǎn)栴}。之后，探討了矩形脫層屈曲的理論，隨即求解了矩形脫層在有無搭橋纖維時(shí)的屈曲，對(duì)比了屈曲的波形圖。 第四部分研究了圓和橢圓形脫層的屈曲。應(yīng)用第三部分給出的方法，模擬了含初始缺陷的圓和橢圓形脫層在搭橋纖維約束下的屈曲。對(duì)比有無搭橋纖維時(shí)的變形圖和最大變形，進(jìn)一步驗(yàn)