弯剪载荷下薄壁梁屈曲与后屈曲的结构参数化研究

发布时间：2017-08-13 10:18

  本文关键词：弯剪载荷下薄壁梁屈曲与后屈曲的结构参数化研究

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【摘要】：铝合金加筋薄壁梁是飞机结构的主要承力构件,其静力破坏形式主要是由于结构发生屈曲失稳造成的。薄壁梁发生失稳后依然能够继续承载,在考虑复杂的几何非线性与材料非线性相互作用的情况下,探求薄壁梁屈曲后的剩余强度,解析求解很难实现;薄壁梁的结构形式往往复杂多变,可能存在结构整体破坏之前先发生局部屈曲破坏,导致构件失去承载能力,进一步增加了屈曲问题的复杂性;另外,实际影响薄壁梁屈曲承载特性的因素很多,例如外界约束条件、几何参数、开孔加筋等,故进行合理的力学建模也面临诸多挑战。因此,薄壁梁结构屈曲承载特性研究一直是结构工程领域的重要研究方向。本文结合实际工程技术需求,综合解析法、有限元法与试验法进行了某典型高强铝合金加筋薄壁槽形梁的弯剪承载特性研究,旨在深入地探索薄壁梁承载机理,为实际工程结构设计提供理论指导,主要工作包括以下内容:本文以某金属机翼大梁弯剪试验为背景,首先进行了对薄壁梁结构的弹性屈曲分析。对原试验中高强铝合金加筋薄壁梁进行力学建模,通过有限元线性屈曲分析,得到了薄壁梁在弯剪载荷作用下的临界屈曲载荷、屈曲模态以及发生失稳时的应力应变分布,所得数据可为屈曲后极限强度的分析提供参考。其次进行了薄壁梁结构的后屈曲非线性分析。在考虑材料非线性和几何非线性的基础上,研究了原试验件梁腹板开孔对结构稳定性及承载能力的影响,并且考虑到工程中影响薄壁梁稳定性及强度问题的因素很多,因此本文还针对以下几种几何参数:翼缘宽厚比、加劲肋分布、开孔位置、开孔大小、开孔形状等进行了参数化分析,得到了这些几何参数对梁结构极限承载力的影响律,并对部分参数进行了曲线拟合,为工程实践中薄壁梁的设计提供参考。
【关键词】：薄壁梁 开孔 有限元 屈曲 极限承载 参数化分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V214.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-16
• 1.2.1 薄壁梁屈曲承载特性研究9-14
• 1.2.2 开孔薄壁梁结构强度的参数化分析14-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-18
• 第2章 薄壁结构屈曲和后屈曲理论18-22
• 2.1 引言18
• 2.2 薄板结构失稳准则18-20
• 2.2.1 静力学准则18-19
• 2.2.2 能量法准则19-20
• 2.3 薄壁梁结构破坏相关理论20-22
• 2.3.1 弹塑性变形20-21
• 2.3.2 极限载荷法21-22
• 第3章 薄壁梁弯剪承载特性线性仿真分析22-38
• 3.1 线性屈曲问题—特征值法22-26
• 3.1.1 特征值法的基本原理22-23
• 3.1.2 单元刚度矩阵23-24
• 3.1.3 两种常见载荷下薄壁结构的弹性屈曲24-26
• 3.2 薄壁梁弯剪承载线弹性建模分析26-37
• 3.2.1 薄壁梁弯剪承载屈曲分析模型27-29
• 3.2.2 有限元线性屈曲分析结果29-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 薄壁梁弯剪承载特性非线性仿真分析38-56
• 4.1 薄壁梁后屈曲有限元理论38-44
• 4.1.1 材料非线性38-40
• 4.1.2 几何非线性40
• 4.1.3 弧长法40-44
• 4.2 薄壁梁弯剪承载非线性建模分析44-55
• 4.2.1 薄壁梁弯剪承载后屈曲分析模型44
• 4.2.2 有限元非线性分析结果44-55
• 4.3 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 杨骁,程昌钧;开孔薄板的变分原理及屈曲和过屈曲分析的有限元方法[J];力学学报;1991年02期

2 张国凡;段世慧;吴存利;;基于有限元的加筋板结构后屈曲分析方法研究[J];强度与环境;2013年02期

3 何保康,赵桂萍;冷弯薄壁卷边槽钢开孔腹板屈曲性能分析[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);1989年01期

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本文编号：666773