崔光育[1]1995年在《蜂窝夹层壳的线性与非线性静动力数值分析方法研究》文中指出本文以蜂窝夹层卫星整流罩动态分离过程为工程背景，分别对蜂窝夹层壳体结构进行了线弹性静、动力分析，刚体位移下的几何非线性静、动力分析以及材料弹塑性非线性分析。 首先，在对现有蜂窝夹层结构的计算模型及其非线性研究现状进行系统综述的基础上，提出了一种蜂窝夹层壳体改进的计算模型，分别对蒙皮层和蜂窝芯层采用一阶剪切变形理论和高阶剪切变形理论，通过在蜂窝芯层引入横向剪切修正因子，保证了单元的C~0连续性，并使结点包含五个自由度。利用上述位移模式，将计算效率较高的半解析环元成功地用于蜂窝夹层回转壳的线弹性及具有大转动的几何非线性分析中。与有限元法相比，在同样的精度下，这种蜂窝夹层半解析环元具有较高的计算效率。 本文在第四章中，采用更新的Lagrange格式，建立了一种蜂窝夹层超参壳单元，用以分析蜂窝夹层壳体在大位移、大转动和刚体位移情况下的几何非线性问题。通过在单元局部笛卡尔坐标系内进行有限元离散，可保证单元包含刚体位移模式。在对非线性代数方程组进行迭代求解时，提出了一种载荷增量步长的二次控制方法。通过分别在增量步内和相邻两增量步之间对载荷增量步长的进行修正，改善了非线性分析的收敛性，在一定程度上提高了计算效率。在第五章中，分析了蜂窝夹层壳体的材料非线性问题。通过对蜂窝芯层真实细观结构进行有限元分析，提出了一种确定蜂窝芯层等效弹塑性本构关系的等效方法。在此基础上，提出了一种蜂窝夹层壳体材料非线性分析的有限元模型，得到了蜂窝夹层壳体弹塑性分析的增量有限元格式。在其中假定蜂窝夹层壳体各层的弹塑性本构关系在各层范围内沿厚度方向不变，可以沿厚度方向直接进行积分。如此，在很大程度上简化了分析，提高了计算效率。 本文针对所提出的各种计算方法，给出了相应的数值算例。结果表明本文所提出的计算方法是可靠的，且在一定程度上提高了计算效率。
赵阳建[2]2017年在《新型铝合金蜂窝板单层组合网壳的稳定性试验研究》文中研究说明空间网格结构的稳定问题一直被认为是该类结构最需要解决的关键问题之一,因此,单层网壳结构的稳定性问题始终成为该领域的研究热点,而单层铝合金组合网壳相比钢网壳结构更加轻而柔,自然对稳定问题更为敏感。但现有文献的研究对象大都针对钢网壳或铝合金网壳结构。为此本文针对由轻质高强的铝合金蜂窝板参与协同工作的新型单层铝合金组合网壳结构的稳定性开展试验研究。结果表明该类结构的受力行为、失稳模态、破坏机理和极限承载力,均有别于一般的单层铝合金网壳。本文的主要研究内容和结论如下:(1)由于蜂窝板的内部构造比较复杂,实际工程中若对蜂窝板按实体建模进行有限元分析的工作量非常庞大。此外,蜂窝芯与面板接触部位的不规则也容易导致刚度矩阵的奇异。为了能对蜂窝板进行高效而可靠的计算分析,就必须对蜂窝板进行合理的简化、等效。本文针对三明治夹芯板理论、蜂窝板理论和等效板理论三类等效方法,从静力变形和模态频率两个方面,与按蜂窝板实际构造建模的有限元分析结果进行对比研究,讨论三类等效方法的优劣,为今后在计算整体模型时蜂窝板的简化分析提供依据。分析结果表明,蜂窝板理论相对精度较高,更适合实际工程中的蜂窝板简化分析。(2)单层铝合金组合网壳结构是一种缺陷敏感型结构,在稳定承载力分析时,必须考虑缺陷的影响。分析表明,单层铝合金组合网壳结构的最低阶屈曲模态并不都能反映结构的几何缺陷分布形式,因此,一致缺陷模态法得到的并不都是结构的最小临界荷载。(3)针对六个单层铝合金组合网壳结构的试验模型,运用基于高斯分布的随机缺陷模态法,对单层铝合金组合网壳结构的缺陷敏感性以及临界荷载,分别进行200个样本的非线性稳定分析。结果表明,运用随机缺陷模态法的计算结果与试验实测结果吻合良好,误差均在10%以内。今后在对大型工程结构分析时,随机缺陷取100个样本基本可满足一般的工程精度要求。(4)试验研究与有限元分析均表明,单层铝合金组合网壳结构由于蜂窝板参与结构共同工作,受力性能得到显著改善,其稳定承载力至少比无板网壳结构提高了 16%,并且对缺陷的敏感程度要比无板铝合金网壳结构小。(5)现行的《网壳结构技术规程》中对初始几何缺陷的限值,主要是针对无板网壳结构的,为定量探究新型单层铝合金组合网壳的缺陷允许极值,本文对19200个单层铝合金组合网壳算例的计算分析后,发现当初始几何缺陷值达到跨度的3/1000左右时其影响才充分体现出来,从偏于安全角度考虑,在对单层铝合金组合网壳结构稳定承载力分析时,建议取缺陷最大值为网壳跨度的3/1000。为今后制定单层铝合金组合网壳结构的技术规程中有关节点安装偏差的限值提供了一定的参考依据。
刘均[3]2009年在《方形蜂窝夹层结构振动与冲击响应分析》文中指出夹层结构具有重量轻、高比强度和高比刚度的特点,同时具有良好的抗冲击、隔热和隔声等性能,目前已广泛的应用于航空航天、船舶及土木建筑等领域。由于其自身结构形式的多样性和复杂性,其力学性能分析一直是力学工作者研究的热点之一。本文以方形蜂窝夹层结构为对象,在分析和总结已有的理论分析方法的基础上,对其力学性能分析提出了一些新的研究思路和方法。同时,对蜂窝夹层板结构在工程上新的应用进行了概念性的探讨和研究,主要研究工作包括以下几个方面:(1)不同于已有的芯层均匀等效方法,考虑方形蜂窝夹层板结构的离散特性,视其为板梁组合体,运用能量原理建立方形蜂窝夹层板的弯曲控制方程。假设夹层板位移为双傅立叶级数形式,采用伽辽金法求解。以固支和简支矩形方形蜂窝夹层板为例进行了数值计算,并将计算的位移和应力结果与有限元三维模型的计算结果进行了比较。(2)对方形蜂窝自由振动和稳定性问题进行了研究,从方形蜂窝实际结构形式出发,考虑其面板和芯层的几何特征,在经典夹层板理论的基础上,运用Hamilton变分原理导出了其离散结构形式的运动控制方程。以四边简支的方形蜂窝矩形夹层板为例,采用傅立叶级数和伽辽金法得到夹层板固有频率和总体失稳临界载荷的半解析解,并与有限元仿真结果进行了比较。同时讨论了夹层板芯层薄壁间距、厚度、高度以及面板厚度对其固有频率和总体稳定性的影响。(3)采用数值仿真方法研究了方形蜂窝夹层板在冲击载荷作用下的横向压缩特性,包括载荷率、材料应变率、芯层相对密度以及初始缺陷对其动力响应的影响。同时还研究了方形蜂窝夹层板在水下冲击载荷下的流固耦合特性,探讨了其几何参数和材料参数对其自身获得载荷冲量大小的影响,采用简化的集总参数模型估算了方形蜂窝夹层板在流固耦合冲击载荷下获得的载荷冲量,并将结果与有限元三维仿真结果进行了比较。(4)利用能量守恒和刚塑性材料模型,对矩形的方形蜂窝夹层板在冲击载荷作用下塑性动力响应进行了理论分析,推导出四边固支的方形蜂窝夹层板在冲击载荷作用下最终残余变形的近似计算公式,并在不同的算例下采用有限元仿真结果对理论公式的正确性进行了验证。(5)对方形蜂窝夹层结构在工程上新的应用进行了初步的探讨,从提高结构抗冲击性能的角度出发,提出了矩形蜂窝耐压复合加筋圆柱壳的结构形式,采用数值仿真的方法对其抗冲击特性进行了分析,讨论了相关几何参数及冲击环境对其冲击特性的影响,并将其抗冲击性能与传统等质量的加筋圆柱壳进行了对比分析。本文采用理论分析和数值仿真的方法对方形蜂窝夹层结构的力学性能进行了较为深入的研究,提出了一些新的研究思路和方法,并得到了一些有益的结论。这些方法和结论对今后的理论研究和工程设计具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]. 蜂窝夹层壳的线性与非线性静动力数值分析方法研究[D]. 崔光育. 清华大学. 1995
[2]. 新型铝合金蜂窝板单层组合网壳的稳定性试验研究[D]. 赵阳建. 东南大学. 2017
[3]. 方形蜂窝夹层结构振动与冲击响应分析[D]. 刘均. 华中科技大学. 2009
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