基于双模量理论的圆薄板大挠度问题研究

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大量的试验和研究表明,工程材料都在不同程度上表现出拉压不同模量的弹性性质,即材料具有拉压不同模量的非线性特性,比如陶瓷、塑料、石墨、混凝土以及各种新型的复合材料等。而经典的弹性力学理论则认为材料在受拉和受压时呈现出相同的弹性性质。上个世纪八十年代前苏联学者C.A.阿姆巴尔楚米扬建立的拉压不同模量弹性理论,指出拉压不同弹性模量不仅仅与材料自身性质有关,而且还取决于结构各点的应力状态,换句话说即是拉压不同弹性模量与结构的形状、材料、所受的边界条件以及所承受的外荷载等诸多因素有关,是诸多因素共同引起的材料非线性力学行为。随着科学技术和工程实践的日益发展和积累,对材料力学性质的研究提出了更高的要求,研制新型材料以及挖掘材料自身特性的潜力,已成为当前新的研究方向和热点。   本文以拉压不同模量圆薄板大挠度问题为研究对象,利用拉压分区的简化力学模型,建立了基于双模量理论的圆薄板大挠度控制方程。采用以中心挠度为摄动参数分别求解了承受均布荷载和集中荷载作用下的双模量薄板大挠度问题,用变分法验证了摄动法的适用性以及有效性,同时得到了一些具有理论研究意义和工程应用价值的结果。   本文通过摄动法求解了承受均布荷载和集中荷载作用的双模量圆薄板大挠度问题,得出了一些重要的结论。其一,文中考虑的四种边界条件中,当产生相同挠度时固支边界的承载力要高于简支边界的承载力,并且径向边界有约束的承载力要高于径向无约束的承载力。其二,当产生同样挠度时,相比于同模量情形,当考虑压模量大于拉模量时,承载力提高,当考虑压模量小于拉模量时,承载力降低。其三,均布荷载作用下挠度大到一定程度时,四种边界条件下都会出现中心下凹现象。
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