熱衝擊下圓柱殼局部後屈曲研究

《熱衝擊下圓柱殼局部後屈曲研究》是依託大連理工大學,由徐新生擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：熱衝擊下圓柱殼局部後屈曲研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐新生

項目摘要

隨著航空與航天、化工、原子能設施以及軍工等高科技的迅速發展，在熱衝擊下結構的穩定性問題倍受關注。本基金正是在此背景下展開研究和探討。研究工作以彈性圓柱殼熱前屈曲問題作為突破口，研究各種支承條件下圓柱殼熱屈曲的臨界溫度和屈曲模態規律。研究圓柱殼在非線性幾何大變形情況下由瞬態溫度驅使的後屈曲過程。分析熱衝擊下溫度分布特點和研究圓柱殼局部熱後屈曲規律。討論力載荷和熱耦合衝擊下圓柱殼屈曲特點。進一步分析不同環境下對圓柱殼後屈曲的影響以及可控制後屈曲形態的因素。在後屈曲問題的研究中以前屈曲模態作為初始模態並研究求解方法，包括解析，半解析和數值計算方法。將前屈曲和後屈曲問題的聯繫並將二者結合起來，形成描述從前屈曲到後屈曲整個過程的理論系統和數值計算系統是本基金的特色之一。通過研究，試圖從研究思路上有所更新和開闊。並為探討和求解非線性問題探索一條途徑。推動該學科方向以及交叉學科的發展。

結題摘要

針對熱衝擊下結構的穩定性問題，本基金展開系列的研究和探討。研究工作以彈性圓柱殼熱前屈曲問題作為突破口，建立了描述圓柱殼前屈曲問題的哈密頓正則方程。在辛體系下原變數和對偶變數分別表示了位移與轉角和剪力與彎矩等。在該系統中，熱屈曲問題的臨界溫度和屈曲模態歸結為辛本徵值和辛本徵解問題，從而形成求解前屈曲問題的解析，半解析和數值計算方法。分析各種支承條件下圓柱殼熱屈曲的臨界溫度和屈曲模態規律。在此基礎上，研究了機械載荷衝擊下圓柱殼的屈曲特點，機械衝擊載荷與熱衝擊比擬關係，以及機械衝擊載荷和熱衝擊耦合作用下圓柱殼的屈曲問題，得到了系列研究成果。熱衝擊下圓柱殼後屈曲問題的研究在兩個方面展開工作：整體瞬態熱衝擊下的圓柱殼屈曲過程和局部熱衝擊下的圓柱殼局部屈曲演變過程。考慮非線性幾何大變形問題，因而動力控制方程具有較強的非線性。採用先分析熱衝擊下溫度分布特點，熱流變化特徵等，然後利用辛本徵解之間存在的辛正交歸一關係，將後屈曲模態在一時間步長按辛本徵解展開。從而克服了其中的非線性難題，給出圓柱殼熱後屈曲規律。特別是熱源位置和強度與殼體屈曲變形之間的關係。揭示衝擊強度梯度大時的局部屈曲機理。這樣將前屈曲問題與後屈曲問題有機結合起來。實現從初始屈曲到整個屈曲發展過程的整體刻畫。並建立一種非線性問題的計算方法。進一步分析材料的非線性對前屈曲和後屈曲過程的影響。研究了機械載荷和熱耦合衝擊下圓柱殼屈曲特點。進一步分析不同環境下對圓柱殼後屈曲的影響以及可控制後屈曲形態的一些因素。發現了“竹節”等局部屈曲的現象。從求解方法和數值方法上形成一個完整系統。將這種研究方法拓廣到彈塑性材料圓柱殼和功能梯度材料圓柱殼屈曲和熱屈曲問題中。在理論上給出了圓柱殼直接發生塑性屈曲時的幾何界限。同時，發現了功能梯度圓柱殼存在一個臨界的材料體積係數指數，由該指數可調配材料構成有效避免熱屈曲的發生。從而利用該準則可判斷FGM圓柱殼是否會發生熱屈曲以及對系統進行評估。本項基金實現熱衝擊下圓柱殼前屈曲問題和後屈曲問題有機統一，刻畫從初始屈曲到整個動態後屈曲發展過程起來，建立一種新的求解體系和一種數值計算方法的目標。為解決非線性問題和其他研究領域與方向提供一條探討路徑和新的方法。