中厚夹层圆柱扁壳的屈曲和后屈曲分析

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夹层结构在大量的新型结构和新型材料的推动下取得迅猛的发展,其力学特性也逐渐得到人们的关注,特别是关于夹层结构的屈曲分析成为固体力学和工程应用研究分析的热点之一。本文基于各向同性的中厚圆柱扁壳屈曲基本理论,把中厚夹层圆柱扁壳结构作为研究对象,深入系统的研究了关于考虑夹心层面内刚度的中厚夹层圆柱扁壳的屈曲分析和忽略夹心层面内刚度的功能梯度夹层的中厚夹层圆柱扁壳的后屈曲分析。其研究成果具有一定的学术价值,也有非常重要的工程应用意义。本论文的主要研究内容如下:  在第一部分,采用双重傅里叶级数法,分析了四边简支的中厚夹层圆柱扁壳在轴向荷载作用下的屈曲。考虑夹心的面内刚度,并且中厚夹层圆柱扁壳的内外表层和夹心层为均匀材料。通过中厚夹层圆柱扁壳的位移模式,根据各向同性的中厚圆柱扁壳理论,利用中厚夹层圆柱扁壳的几何方程、本构关系、平衡方程,建立了位移形式的中厚夹层圆柱扁壳的静态屈曲控制方程。该表达式可以退化为硬夹心夹层板的表达式,表明推导过程的正确性。并且讨论了夹心层的弹性模量和泊松比以及中厚夹心圆柱扁壳的长宽比和厚度对扁壳屈曲荷载的影响。结果表明:临界荷载与夹心层的弹性模量和泊松比成正比,与扁壳的长宽比和厚度成反比。  在第二部分,采用伽辽金法,分析了四边简支边界条件下的功能梯度夹层中厚圆柱扁壳在轴向荷载作用下的后屈曲分析。忽略夹心层的面内刚度,中厚夹层圆柱扁壳的内外表层为均匀材料,而夹心层为功能梯度材料。根据中厚夹层圆柱的非线性几何方程、本构关系及平衡方程,建立了关于应力函数、挠度和两个中面转角为独立变量的功能梯度夹层中厚圆柱扁壳后屈曲的非线性微分方程。通过半解析方法,求得四边简支边界条件下功能梯度夹层中厚圆柱扁壳的后屈曲平衡路径,分析了功能梯度夹层中厚圆柱扁壳的厚度、长度、半径以及芯材下表面与上表面处的弹性模量之比对屈曲荷载的影响。结构表明功能梯度夹层中厚圆柱扁壳的非线性临界荷载随扁壳位移的增加而增加,呈现典型的非线性特性。随着扁壳的表层厚度、扁壳长度和芯材下表面与上表面处的弹性模量之比的增大,功能梯度夹层中厚圆柱扁壳的非线性临界荷载随之增大。
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