曲型加筋板、壳结构的建模方法与分析研究

发布时间：2017-11-09 09:12

  本文关键词：曲型加筋板、壳结构的建模方法与分析研究

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【摘要】：本文建立了曲型加筋板壳结构的理论分析模型，并提出了高效的分析计算方法，研究了加筋板壳结构的静力学动力学特性通过大量的算例，验证了方法的正确性，并对影响结构静力学和动力学性能的因素进行了考察本文的工作主要有以下几个方面： 1τ首先回顾了加筋板壳结构的理论模型及其各自特点；其次介绍了梁板壳理论；接着对加筋板壳结构的静力学分析自由振动分析屈曲分析的研究背景做了详细的阐述；之后介绍了曲型加筋板壳的概念提出及其研究背景；最后简述了本文的主要研究内容 2τ采用有限单元法对曲型加筋板的静态变形自由振动屈曲及面内载荷作用下的自由振动进行了研究板筋模型分别基于一阶剪切变形理论的Mindlin-Reissner板理论和Timoshenko梁理论建模曲型筋可以铺设在板中任意位置且无需共节点通过引入筋板插值函数矩阵，解决了筋板自由度的耦合问题在对曲型加筋板的静态变形分析中，考察了边界条件加强筋的偏心性及铺设方式对结构变形的影响；在自由振动分析中，首先考察了采取不同筋板单元数目对自然频率的影响，确定了最优的单元数量；其次发现了加强筋的偏心性可使结构的某阶模态振型发生转移；最后考察了等质量条件下，不同筋板质量配比对结构自然频率的影响，发现当板厚减少到某一程度，不同加强筋截面形状对结构自然频率的影响很小在屈曲和面内载荷作用下的自由振动分析中，考察了压缩载荷和拉伸载荷两种情况数值结果表明，在压缩载荷下，结构的频率参数和载荷参数可能出现非线性，且该非线性受到加载方向板厚筋板截面积比筋板刚度比的影响；而且对于不同的加载方式，该关系的非线性程度也有所不同；在拉伸载荷作用下，该关系基本保持为线性 3τ基于von Karman大变形理论，分析了曲型加筋板的几何非线性大变形及大振幅振动的自然频率基于Total拉格朗日方法，推导了曲型加筋板的切线刚度矩阵，其中考虑了加强筋的几何非线性采用与线性分析类似的建模方法，筋单元可以任意分布在板单元中本文的结果与有限元软件及参考文献结果进行了对比，证明本方法的正确性 4τ研究了曲型加筋浅壳结构的建模及自由振动分别基于Mindlin-Reissner浅壳理论和基于Frenet标架下的三维曲梁理论，建立了曲型加筋浅壳的应变能和动能方程加强筋可以铺设在壳体任意位置，筋和壳位移自由度的耦合采取筋的插值函数及其接触处的坐标转换实现基于Ritz法，采取三角函数多项式为位移试函数，通过最小势能原理，得到了曲型加筋浅壳的自由振动方程通过算例，研究了加筋壳的边界条件加强筋的铺设类型和几何参数对结构自然频率和模态振型的影响同时通过与文献及Nastran结果的对比验证了本方法的正确性 5τ研究了曲型加筋圆柱壳的建模及自由振动基于Darboux标架，建立了表征加强筋切线方向测地方向法线方向的局部坐标系，该坐标系下加强筋的法线方向与壳体中面法线方向一致，从而保证筋可垂直于壳体中面，，避免了之前模型中加强筋随路径的扭曲，更贴近真实情况曲型加强筋的法曲率测地曲率可精确描述其几何构型推导了结构的能量方程，并采用有限单元法进行自由振动问题的求解分别考察了不同加筋结构的自然频率和模态振型，验证了本建模方法的正确性 综上所示，在本文对曲型加筋板壳建模方法及静力学动力学分析中，加强筋可以铺设在板σ壳τ中任意位置，且加强筋的构型变化对板σ壳τ的计算无影响同时较之商业软件，本方法可通过较少的网格获得较为精确的计算结果这对曲型加筋板σ壳τ的优化设计具有一定的帮助
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O342

【参考文献】

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1 吴德财;徐元铭;万青;;先进复合材料格栅加筋板的总体稳定性分析[J];复合材料学报;2007年02期

本文编号：1161217