留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

功能梯度扁球壳在热-机械荷载作用下的屈曲分析

赵伟东 高士武 马宏伟

赵伟东, 高士武, 马宏伟. 功能梯度扁球壳在热-机械荷载作用下的屈曲分析[J]. 工程力学, 2018, 35(12): 220-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686
引用本文: 赵伟东, 高士武, 马宏伟. 功能梯度扁球壳在热-机械荷载作用下的屈曲分析[J]. 工程力学, 2018, 35(12): 220-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686
ZHAO Wei-dong, GAO Shi-wu, MA Hong-wei. THERMOMECHANICAL BUCKLING ANALYSIS OF FUNCTIONALLY GRADED SHALLOW SPHERICAL SHELLS[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(12): 220-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686
Citation: ZHAO Wei-dong, GAO Shi-wu, MA Hong-wei. THERMOMECHANICAL BUCKLING ANALYSIS OF FUNCTIONALLY GRADED SHALLOW SPHERICAL SHELLS[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(12): 220-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686

功能梯度扁球壳在热-机械荷载作用下的屈曲分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(11472146)
详细信息
    作者简介:

    高士武(1985-),男,陕西人,讲师,硕士,主要从事计算力学与工程仿真研究(E-mail:swgao99e@163.com);马宏伟(1966-),男,山西人,长江学者特聘教授,博士,博导,主要从事结构损伤检测和加固,冲击动力学研究(E-mail:tmahw@jnu.edu.cn).

    通讯作者: 赵伟东(1972-),男,甘肃人,副教授,硕士,硕导,主要从事结构非线性振动和结构屈曲分析研究(E-mail:zhwd.xbl@163.com).
  • 中图分类号: TB34;O344.1

THERMOMECHANICAL BUCKLING ANALYSIS OF FUNCTIONALLY GRADED SHALLOW SPHERICAL SHELLS

  • 摘要: 基于经典壳理论,应用虚功原理和变分法推导了均匀变温场中的功能梯度圆底扁球壳在均布外侧压力作用下的位移型几何非线性控制方程。考虑固定夹紧边界条件,运用打靶法计算获得了球壳轴对称变形的数值结果。考察了材料体积分数指数、组分材料弹性模量和均匀变温场对壳体平衡路径,上、下临界荷载以及平衡构型的影响。数值结果表明,随材料体积分数指数的增加和组分材料弹性模量的减小,壳体上、下临界荷载均会显著减小。均匀升温,会使壳体上临界荷载显著增加,下临界荷载轻微减小。为方便工程设计人员进行几何、材料、荷载和变温参数的选取,给出了一个实用数表和一些实用的数值曲线。
  • [1] von Kármán Th. Tsien H S. The buckling of spherical shells by external pressure[J]. Journal of the Aeronautical Sciences, 1939, 7(2):43-50.
    [2] Weinitschke H J. On the stability problem for shallow spherical shells[J]. Journal of Mathematics and Physics, 1959, 38(4):209-231.
    [3] 叶开沅, 宋卫平. 均布压力作用下圆底扁薄球壳的轴对称屈曲[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 1987, 23(2):18-27. Ye Kaiyuan, Song Weiping. Axisymmetrical buckling of thin shallow circular spherical shells under the action of uniform pressure[J]. Journal of Lanzhou University (Natural Science), 1987, 23(2):18-27. (in Chinese)
    [4] 严圣平. 扁球壳在均布压力作用下的非线性弯曲问题[J]. 应用力学学报, 1988, 5(3):21-29. Yan Shengping. Non-linear bending of a shallow spherical shell under uniformly distributed pressure[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 1988, 5(3):21-29. (in Chinese)
    [5] Liu R H, Wang F. Nonlinear dynamic buckling of symmetrically laminated cylindrically orthotropic shallow spherical shells[J]. Archive of Applied Mechanics, 1998, 68(6):375-384.
    [6] Li Q S, Liu J, Tang J. Buckling of shallow spherical shells including the effects of transverse shear deformation[J]. International Journal of Mechanical Sciences. 2003, 45(9):1519-1529.
    [7] 李斌, 董保胜, 刘江华, 等. 均布外压下弹性支撑扁球壳的非线性稳定性分析[J]. 西北工业大学学报, 2006, 24(6):795-799. Li Bin, Dong Baosheng, Liu Jianghua, et al. Approximate critical load in analytic form of uniformly corroded shallow spherical shell under uniform external pressure[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 2006, 24(6):795-799. (in Chinese)
    [8] 张平, 周丽, 邱涛. 用于自适应进气道的扁薄球壳双稳态特性分析[J]. 工程力学, 2013, 30(10):264-271. Zhang Ping, Zhou Li, Qiu Tao. Analysis of bi-stable behavior of shallow thin spherical shell applied in adaptive inlet[J]. Engineering Mechanics, 2013, 30(10):264-271. (in Chinese)
    [9] 李忱, 田雪坤, 王海任, 等. 薄球壳在均布外压与温度耦合作用下的热屈曲研究[J]. 应用数学和力学, 2015, 36(9):924-935. Li Chen, Tian Xuekun, Wang Hairen, et al. Thermal buckling of thin spherical shells under interaction of uniform external pressure and uniform temperature[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 2015, 36(9):924-935. (in Chinese)
    [10] Shahsiah R, Eslami M R, Naj R. Thermal instability of functionally graded shallow spherical shell[J]. Journal of Thermal Stresses, 2006, 29(8):771-790.
    [11] Bich D H, van Tung H. Non-linear axisymmetric response of functionally graded shallow spherical shells under uniform external pressure including temperature effects[J]. International Journal of Nonlinear Mechanics, 2011, 46(9):1195-1204.
    [12] Boroujerdy M S, Eslami M R. Nonlinear axisymmetric thermomechanical response of piezo-FGM shallow spherical shells[J]. Archive of Applied Mechanics, 2013, 83(12):1681-1693.
    [13] Boroujerdy M S, Eslami M R. Thermal buckling of piezo-FGM shallow spherical shells[J]. Meccanica, 2013, 48(4):887-899.
    [14] Mao Y Q, Ai S G, Chen C P, et al. Nonlinear dynamic response and damage analysis for functionally graded metal shallow spherical shell under low-velocity impact[J]. Archive of Applied Mechanics, 2015, 85(11):1627-1647.
    [15] 赵伟东, 杨亚平. 扁球壳在均布压力与均匀温度场联合作用下的屈曲[J]. 应用数学和力学, 2015, 36(3):262-273. Zhao Weidong, Yang Yaping. Buckling of shallow spherical shells under uniform pressure in uniform temperature field[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 2015, 36(3):262-273. (in Chinese)
    [16] 邵玉龙, 段庆林, 李锡夔, 等. 功能梯度材料的二阶一致无网格法[J]. 工程力学, 2017, 34(3):15-21. Shao Yulong, Duan Qinglin, Li Xikui, et al. Quadratically consistent meshfree method for functionally graded materials[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(3):15-21. (in Chinese)
    [17] 张鹏飞, 罗尧治, 杨超. 薄壳屈曲问题的有限质点法求解[J]. 工程力学, 2017, 34(2):12-20. Zhang Pengfei, Luo Yaozhi, Yang Chao. Buckling analysis of thin shell using the finite particle method[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(2):12-20. (in Chinese)
    [18] 赵伟东, 高士武, 马宏伟. 扁球壳在热-机械荷载作用下的稳定性分析[J]. 应用数学和力学, 2017, 38(10):1146-1154. Zhao Weidong, Gao Shiwu, Ma Hongwei. Thermomechanical stability analysis of shallow spherical shells[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 2017, 38(10):1146-1154. (in Chinese)
  • [1] 赵伟东, 高士武, 黄永玉.  热环境中的功能梯度扁球壳非线性稳定性分析 . 工程力学, 2020, 37(8): 1-11. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0541
    [2] 钮鹏, 李旭, 李世荣, 金春福, 徐清风.  弹性地基上复合材料夹层梁的热过屈曲 . 工程力学, 2017, 34(增刊): 26-30. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.04.S023
    [3] 邵玉龙, 段庆林, 李锡夔, 张洪武.  功能梯度材料的二阶一致无网格法 . 工程力学, 2017, 34(3): 15-21. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0742
    [4] 时朋朋, 李星.  功能梯度压电压磁球对称问题的静力响应 . 工程力学, 2014, 31(5): 56-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0937
    [5] 姚熊亮, 叶曦, 王献忠.  热环境中功能梯度圆柱壳声辐射特性研究 . 工程力学, 2013, 30(6): 334-339. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0115
    [6] 徐华, 李世荣.  一阶剪切理论下功能梯度梁与均匀梁静态解之间的相似关系 . 工程力学, 2012, 29(4): 161-167.
    [7] 李云良, 鲁明宇, 谭惠丰, 谭忆秋.  基于直接扰动法的薄膜屈曲缺陷敏感性分析 . 工程力学, 2010, 27(8): 94-099.
    [8] 谈梅兰, 董经鲁.  余弦分布压力下矩形薄板的屈曲 . 工程力学, 2010, 27(5): 32-035.
    [9] 杨 帆, 马连生.  前屈曲耦合变形对FGM圆板稳定性的影响 . 工程力学, 2010, 27(4): 68-072,.
    [10] 王登峰, 曹平周.  大型薄壁圆柱壳在局部轴向压力作用下的稳定性能研究 . 工程力学, 2009, 26(4): 38-045.
    [11] 周凤玺, 李世荣.  功能梯度材料矩形板的三维瞬态热弹性分析 . 工程力学, 2009, 26(8): 59-064.
    [12] 赵凤群, 王忠民, 刘宏昭.  非保守功能梯度材料杆的后屈曲分析 . 工程力学, 2007, 24(6): 0-058.
    [13] 程红梅, 曹志远.  复杂边界条件功能梯度板三维分析的细观元法 . 工程力学, 2006, 23(12): 19-24.
    [14] 滕兆春, 李世荣, 付小华.  热载荷作用下嵌入SMA丝复合材料梁的横向自由振动 . 工程力学, 2005, 22(4): 131-136.
    [15] 武兰河, 王立彬, 刘淑红.  四边简支功能梯度矩形板的热屈曲分析 . 工程力学, 2004, 21(2): 152-156,.
    [16] 祝恩淳, C. R. Calladine.  圆柱薄壳在局部轴向压力作用下的屈曲 . 工程力学, 2003, 20(2): 168-170.
    [17] 赵希淑, 张双寅, 吴永礼.  梯度涂层材料中裂纹问题的非均匀元分析 . 工程力学, 2002, 19(4): 118-122.
    [18] 王刚锋, 亢一澜.  功能梯度材料的断裂与屈曲驱动断裂的简化分析 . 工程力学, 2002, 19(1): 103-108.
    [19] 刘宗德, 韩铭宝, 王仁, 陈裕泽.  非均匀温度场压杆蠕变屈曲分析 . 工程力学, 1995, 12(3): 7-12.
    [20] 陈文, 任文敏, 张维.  环加肋圆柱壳屈曲分析的有限条法 . 工程力学, 1994, 11(3): 12-17.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  163
  • HTML全文浏览量:  3
  • PDF下载量:  67
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-06
  • 修回日期:  2018-01-03
  • 刊出日期:  2018-12-29

功能梯度扁球壳在热-机械荷载作用下的屈曲分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686
    基金项目:  国家自然科学基金面上项目(11472146)
    作者简介:

    高士武(1985-),男,陕西人,讲师,硕士,主要从事计算力学与工程仿真研究(E-mail:swgao99e@163.com);马宏伟(1966-),男,山西人,长江学者特聘教授,博士,博导,主要从事结构损伤检测和加固,冲击动力学研究(E-mail:tmahw@jnu.edu.cn).

    通讯作者: 赵伟东(1972-),男,甘肃人,副教授,硕士,硕导,主要从事结构非线性振动和结构屈曲分析研究(E-mail:zhwd.xbl@163.com).
  • 中图分类号: TB34;O344.1

摘要: 基于经典壳理论,应用虚功原理和变分法推导了均匀变温场中的功能梯度圆底扁球壳在均布外侧压力作用下的位移型几何非线性控制方程。考虑固定夹紧边界条件,运用打靶法计算获得了球壳轴对称变形的数值结果。考察了材料体积分数指数、组分材料弹性模量和均匀变温场对壳体平衡路径,上、下临界荷载以及平衡构型的影响。数值结果表明,随材料体积分数指数的增加和组分材料弹性模量的减小,壳体上、下临界荷载均会显著减小。均匀升温,会使壳体上临界荷载显著增加,下临界荷载轻微减小。为方便工程设计人员进行几何、材料、荷载和变温参数的选取,给出了一个实用数表和一些实用的数值曲线。

English Abstract

赵伟东, 高士武, 马宏伟. 功能梯度扁球壳在热-机械荷载作用下的屈曲分析[J]. 工程力学, 2018, 35(12): 220-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686
引用本文: 赵伟东, 高士武, 马宏伟. 功能梯度扁球壳在热-机械荷载作用下的屈曲分析[J]. 工程力学, 2018, 35(12): 220-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686
ZHAO Wei-dong, GAO Shi-wu, MA Hong-wei. THERMOMECHANICAL BUCKLING ANALYSIS OF FUNCTIONALLY GRADED SHALLOW SPHERICAL SHELLS[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(12): 220-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686
Citation: ZHAO Wei-dong, GAO Shi-wu, MA Hong-wei. THERMOMECHANICAL BUCKLING ANALYSIS OF FUNCTIONALLY GRADED SHALLOW SPHERICAL SHELLS[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(12): 220-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0686
参考文献 (18)

目录

    /

    返回文章
    返回