摘要：通过对三维编织复合材料圆柱壳进行屈曲和应力分析,对三维编织复合材料高压储气瓶的临界载荷、强度和应力分布等进行了数值计算,结果表明,屈曲对三维编织复合材料高压储气瓶使用性能的影响非常显著。基于圆形四步法三维编织工艺及理论分析,提出了三维编织复合材料高压储气瓶的结构优化设计数学模型。算例表明,该优化设计方法效果很好。

摘要：基于非线性屈曲有限元模型,该文结合正交试验和多因素方差分析方法研究了大型有面外支撑杆X撑结构的稳定性,并采用非线性曲面回归和BP神经网络机器学习对结构进行了优化设计,获得了临界屈曲系数预测模型,为复杂的高度非线性问题提供了一种解决思路。具体而言,搭建了支持表格形式自动化模拟的ANSYS和SOLIDWORKS联合仿真有限元模型,在充分考虑几何设计参数和边界条件的基础上进行了显著性正交试验和多因素方差分析,从中筛选出了主要影响因素并确定了优化设计自变量。然后,以显著性分析为指导进行了优化设计正交试验,利用非线性曲面回归方法和BP神经网络机器学习方法完成了结构优化设计。研究发现:面内支撑几何参数对结构稳定性的影响更为显著,其中临界屈曲载荷对面内支撑管径的变化最为敏感;另外,面外支撑会增加面内支撑的刚度,且节点位置会显著影响整体结构的稳定性;同时,载荷比的影响也很大,拉力会改善结构稳定性。针对新型复杂结构和初期优化设计,该文提供了一种基于数据驱动的高效优化设计方法。

摘要：30 m望远镜三镜为长轴3.594 m,短轴2.536 m的椭圆形微晶玻璃反射镜。其支撑结构采用了多种柔性结构,以释放非支撑方向的自由度。使得轴向支承和侧向支撑能够相互解耦,并减小支撑结构与镜子材料的热胀系数不匹配带来的热应力。柔性件柔度越高,在望远镜观测条件的扰动下镜面面形越好。但过高的柔度会降低柔性件的屈曲临界载荷,导致结构发生屈曲失效。为此需要计算出望远镜观测过程中柔性结构所承受的最大压力载荷,计算相应的屈曲安全系数SFBuckling。对比了典型结构非线性屈曲分析和特征值屈曲分析的区别,不断迭代设计和分析,柔性元件的SFBuckling和柔度取得了一个较好的平衡点,热扰动下的面形也达到了设计要求。

摘要：根据强度原则,用有限元静力分析方法优化了馈线系统直线段管中的圆管和波纹管相关结构的设计参数;根据能量准则,通过特征值屈曲分析和非线性屈曲分析方法,用有限元法稳定性的判据计算出长跨度的薄壳直线段管发生失稳时的临界载荷为1.21MPa,验证了该结构在正常工况(安全系数为12.1)和故障状态工况(安全系数为6.05)下不会发生失稳现象,为ITER馈线系统的下一步研制提供了基础。

摘要：X型支撑结构已广泛应用于大型海洋工程主要支撑结构设计中,如设计使用不当,将有可能发生由支撑杆的屈曲失稳而引发的结构坍塌变形。在极限荷载下,X撑杆的屈曲失稳本质上属于典型的多跨压杆稳定问题,其极限承载力与撑杆的结构组成、几何参数以及端部约束密切相关。该文主要研究有(无)面外支撑的非对称交叉支撑体系在任意弹性支撑下X撑结构屈曲特性,侧重于考察端部约束、受力形式、面外支撑刚度等因素的影响。首先基于线弹性理论框架,建立了双跨受压杆件平衡方程,利用牛顿迭代算法进行屈曲载荷计算,从而得到跨中连续的非对称交叉支撑杆的有效长度因子数值解,并对端点支撑刚度和跨中支撑刚度进行了敏感性分析。结合工程实践,给出了杆件屈曲长度系数和刚度约束条件关键设计参数。

摘要：加筋薄壁结构常被用于航空航天结构的轻量化设计.随着结构尺寸和几何特征的增加,需要更加精细的网格来满足分析精度的要求.传统的等几何方法采用NURBS张量积形式的拓扑结构,使得在分析过程中难以实现局部细化,而全局细化则会增加不必要的自由度.为了提升加筋板壳结构的数值分析精度和效率,提出一种基于RPHT (rational polynomial splines over hierarchical T-meshes)样条的加筋板壳自适应等几何屈曲分析方法.样条网格可以沿着加筋路径进行自适应的局部细化,有效提升低自由度下加筋板壳结构等几何屈曲分析的精度.首先,蒙皮和筋条分别采用RPHT样条曲面和NURBS样条曲线进行建模,几何建模与数值仿真采用统一的几何语言,实现建模与分析的一体化.其次,采用几何投影算法和样条插值算法实现筋条与蒙皮之间的高效高精度强耦合,并建立基于加筋路径驱动自适应网格细化方法.最后,曲线加筋板和网格加筋壳两个算例验证本方法的高效性和鲁棒性,通过与基于NURBS的等几何分析进行对比,本方法能够明显降低分析模型的总自由度.

摘要：针对新一代重型运载火箭及大型飞机中存在的超大直径网格加筋壳结构,提出了一种快速屈曲分析方法。首先,基于渐进均匀化法的快速数值实现方法和瑞利-里兹法建立了快速屈曲分析框架,并通过与算例中等效刚度法屈曲载荷结果进行比较,验证了本文方法具有较高的预测精度。然后,对比了3种结构尺寸下网格加筋壳屈曲分析效率,结果表明本文方法不受结构尺寸影响,平均计算时间仅为6s,凸显了其用于超大直径结构分析的高效性。进而,基于本文方法对4种传统加筋构型及2种新型多级加筋构型进行屈曲载荷评估,其预测误差均在3.0%以内,表现出广泛的构型适用性。在此基础上,通过优化设计的方法对比了上述6种加筋构型的承载效率,优化结果表明本文提出的多级三角型加筋构型最具承载优势,相较于初始方案取得了82.2%的承载增幅,可作为一种新型超大直径网格加筋壳结构储备。

摘要：针对油气井套管挤毁的研究多局限于强度分析,忽视了套管侧向稳定性问题。除小直径或特厚壁的套管外,常用套管的失效形式应属于失稳损坏。基于外压作用下套管侧向屈曲机制,分别采用API标准和圆筒屈曲分析的方法,计算套管侧向屈曲的临界压力。另外,对减小套管计算长度的井下加强工具进行探讨和设计。结果表明:套管纵向长度对侧向屈曲的临界压力具有重要影响;若把套管的计算长度减小到某一范围,可有效地提高套管的抗失稳能力。结果为提高套管抗失稳能力提供了一种新途径,可作为完井后高挤毁风险套管的加强补救措施。

摘要：相较于传统直线铺层设计的复合材料筒壳结构,变刚度复合材料筒壳结构通过曲线纤维路径铺层,可以极大地增加复合材料的设计空间,进而获得更优的抗屈曲能力。为了准确描述曲线纤维路径,需要针对变刚度复合材料筒壳建立精细有限元模型,因此对屈曲分析和优化效率带来了较大的挑战。本论文以变刚度复合材料筒壳结构的线性屈曲及后屈曲承载力快速预测为目标,提出了一种变保真度迁移学习模型的构建方法。首先,针对变刚度复合材料筒壳结构建立合适的高保真度、低保真度模型;然后,基于大量低保真度样本数据作为源域样本集建立并训练深度神经网络,得到预训练模型;最后,以少量高保真度样本数据作为目标域样本集对最后一层神经网络参数进行微调,训练得到变保真度迁移学习模型。变刚度复合材料筒壳线性屈曲和后屈曲算例结果表明,在达到相同的预测精度水平时,变保真度迁移学习模型比直接采用高保真度样本数据构建的代理模型分别节约了47.7%和62.3%的计算成本,验证了提出方法的高效率优势。同时,与基于桥函数构建的变保真度代理模型和Co-Kriging进行比较,所提出方法在不同高保真度、低保真度样本数据组合下均具有更优精度,验证了提出方法的高精度优势。

摘要：该文从理论分析和数值计算的角度研究了一种有面外支撑的X支撑系统的稳定性问题,提出了一种简单高效的计算方法,这种X支撑的两条支撑对角线的交点处连接了一个面外撑杆。考虑有面外撑杆的非对称交叉支撑体系在一般情况下的弹性屈曲,即不同长度、截面和载荷的连续对角,面外撑杆与X支撑平面可以有不同角度,并且X支撑的交叉点不固定在跨中。建立了两端固接的双跨受压杆件跨中任意线弹性的特征值矩阵,利用迭代算法进行屈曲载荷计算,详述了新型X支撑系统的屈曲荷载理论计算方法。推导了两端固接的双跨受拉(压)杆件跨中任意位置处的转动刚度计算公式,并通过数值计算讨论了不同受力形式转动刚度对X支撑的屈曲长度系数的影响,阐释了在实际结构中转动刚度对屈曲载荷的影响可忽略。进行比例加载屈曲分析,分析的目的是建立受压杆件的有效长度因子与压缩杆件和拉伸杆件的力比之间的关系。得到了任意位置处的非对称交叉支撑系统有效长度因子的数值解,并通过已有文献的退化结果验证了其有效性。结合工程实际,给出了屈曲长度系数的理论推荐值。