弯剪载荷下薄壁梁屈曲与后屈曲的结构参数化研究

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1、硕士学位论文弯剪载荷下薄壁梁屈曲与后屈曲的结构参数化研究RESEARCHOFSTRUCTURALPARAMETERSONBUCKLINGANDPOST-BUCKLINGFORTHIN-WALLEDBEAMSUNDERBENDINGANDSHEARINGLOAD程超哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V215.2学校代码：10213国际图书分类号：530密级：公开工学硕士学位论文弯剪载荷下薄壁梁屈曲与后屈曲的结构参数化研究硕士研究生：程超导师：高维成教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天科学与力学系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:V215.2U.D.C:530DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOFSTRUCTURALPARAMETERSONBUCKLINGANDPOST-BUCKLINGFORTHIN-WALLEDBEAMSUNDERBENDINGANDSHEARINGLOADCandidate：ChengChaoSupervisor：Prof.GaoWeichengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffi

3、liation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要铝合金加筋薄壁梁是飞机结构的主要承力构件，其静力破坏形式主要是由于结构发生屈曲失稳造成的。薄壁梁发生失稳后依然能够继续承载，在考虑复杂的几何非线性与材料非线性相互作用的情况下，探求薄壁梁屈曲后的剩余强度，解析求解很难实现；薄壁梁的结构形式往往复杂多变，可能存在结构整体破坏之前先发生局部屈曲破坏，导致构件失去承载能力，进一步增加了屈曲问题的复杂性；另外，实际

4、影响薄壁梁屈曲承载特性的因素很多，例如外界约束条件、几何参数、开孔加筋等，故进行合理的力学建模也面临诸多挑战。因此，薄壁梁结构屈曲承载特性研究一直是结构工程领域的重要研究方向。本文结合实际工程技术需求，综合解析法、有限元法与试验法进行了某典型高强铝合金加筋薄壁槽形梁的弯剪承载特性研究，旨在深入地探索薄壁梁承载机理，为实际工程结构设计提供理论指导，主要工作包括以下内容：本文以某金属机翼大梁弯剪试验为背景，首先进行了对薄壁梁结构的弹性屈曲分析。对原试验中高强铝合金加筋薄壁梁进行力学建模，通过有限元线性屈曲分析，得到了薄壁梁在弯剪载荷作用下的临界屈曲载荷、屈曲模态以及发生失稳时的应

5、力应变分布，所得数据可为屈曲后极限强度的分析提供参考。其次进行了薄壁梁结构的后屈曲非线性分析。在考虑材料非线性和几何非线性的基础上，研究了原试验件梁腹板开孔对结构稳定性及承载能力的影响，并且考虑到工程中影响薄壁梁稳定性及强度问题的因素很多，因此本文还针对以下几种几何参数：翼缘宽厚比、加劲肋分布、开孔位置、开孔大小、开孔形状等进行了参数化分析，得到了这些几何参数对梁结构极限承载力的影响律，并对部分参数进行了曲线拟合，为工程实践中薄壁梁的设计提供参考。关键词：薄壁梁；开孔；有限元；屈曲；极限承载；参数化分析-I-AbstractAbstractAluminumreinforced

6、thin-walledbeamsarethemajorload-bearingmembersoftheaircraftstructures,whosestaticfailureiscommonlycausedbystructuralbucklingphenomena.Thethin-walledbeamscancontinuetobearloadwhentheirstructurehavelostthestability.Bucklingproblemsofthin-walledbeamsinvolvetoocomplexinteractionbetweengeometric

7、nonlinearityandelastoplasticitytobeanalyticallysolved;itfurthercomplicatesthebucklingissuethatflexiblestructuraldesignalwaysinducescomprehensivelocal-globalinteraction;moreover,therearemanyfactorsaffectingbucklingbehaviorofthin-walledbeams,whichmeanmulti