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开孔板结构应力及稳定性半解析分析方法研究

[影视] 时间:2020-06-24 01:46 来源:原创 作者:admin 点击:

  【摘要】:含有开孔的各种板结构广泛地应用于工程结构中。由于开孔的存在,其应力集中问题和稳定性问题是结构设计中需要关注的两个重要问题。因此,对开孔板结构的应力及稳定性问题进行研究具有重要的理论意义和实用价值。

  本文提出了一种新的求解含有任意开孔形状有限平板的平面应力分布问题和弯曲应力分布问题的半解析方法;并在此基础上,提出了一种新的求解开孔平板和开孔加筋板稳定性问题的半解析方法。论文主要的研究工作包括以下几个方面:

  首先,对含任意开孔形状的开孔有限平板在面内均布载荷作用下的应力分布问题,提出了一种基于平面问题复变函数方法的半解析方法,即平面应力问题的应力函数重构法。这个方法第一步是考虑含开孔无限大板的情况,通过保角映射变换将在物理平面内(z平面)的开孔及开孔外部的无限大区域映射到映射平面内(ζ平面)的单位圆及单位圆外部的无限大区域。通过Cauchy积分求解得到开孔无限大板在ζ平面内的应力函数;第二步是再考虑开孔有限板的情况,在ζ平面内,将求得的开孔无限大板应力函数的两组特征项进行扩展,重新构造得到开孔有限板在ζ平面内的应力函数;第三步通过最小二乘边界配置法来确定应力函数未知的待定系数,最终求得开孔有限板的整个应力场。

  其次,对该方法进行验证及参数分析。针对七种不同开孔形状的无限大板和有限板,采用该方法进行平面应力分布计算,并与有限元ANSYS计算结果和已有解析结果进行对比验证。结果表明,开孔足够大时,平面应力问题的无限大板理论将不适用,而本文所提出的应力函数重构法计算简便、适用性强、计算精度高,可适用于具有不同开孔形状的无限板和有限板。采用该方法研究了几种不同开孔形状的无限板和有限板分别在单向拉伸、双向拉伸、剪切载荷作用下,开孔大小对孔边应力分布和应力集中的影响。并针对矩形开孔的应力分布及应力集中,进一步分析了开孔大小、开孔角度、矩形板边长比的影响。

  接着,针对开孔板弯曲应力分布问题,基于薄板小挠度弯曲理论的复变函数方法,提出了一种新的求解含有任意开孔形状有限板弯曲应力分布问题的半解析方法,即弯曲应力问题的应力函数重构法。针对4种不同开孔形状的无限板和有限板,采用该方法进行弯曲应力分布计算,并与有限元ANSYS计算结果和已有解析结果进行对比。计算结果表明,该方法适用性强、计算简便、计算精度高,可适用于具有不同开孔形状的无限大板和有限板。针对一对边具有均布弯矩作用的4种开孔形状的无限大板和有限板,采用该方法研究了开孔大小对孔边应力分布和应力集中的影响。

(责任编辑:admin)

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