在冲击载荷作用下的梁板结构动态屈曲研究

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本文借助于应力波传播规律研究了弹性梁板结构在冲击载荷作用下的动态屈曲问题。结构受到冲击载荷作用时,必然伴随着轴向应力波(纵波)的传播,甚至应力波的反射和透射等。正是由于具有局部特征的应力波传播,引起结构局部或整体发生和生长。本文利用能量原理推导出弹性梁板问题的波动方程和扰动方程并给出了解析解。讨论各种支承端部条件和波阵面相容条件。进一步得到梁板动态屈曲的分叉条件,由此确定了临界载荷及屈曲模态。数值结果表明屈曲临界载荷有多个分支和多个阶数,直接反映到屈曲模态的形状。结构屈曲的时间依赖于冲击载荷的大小,或者说给定不同的冲击载荷所发生的时间也不同。一般说来,冲击载荷较大时,动态屈曲出现的早并且发生在冲击端;反之冲击载荷较小时,动态屈曲出现的晚且有可能发生在另一端,这是应力波反射的缘故。除了时间外,屈曲临界载荷还依赖结构材料常数、结构几何参数和支承端部条件等。在同样的情况下,冲击端为固支时屈曲临界载荷最大;其次是简支情况;自由支承端问题的屈曲临界载荷相对最小。在研究板的问题中,从结果中我们发现了即使对称结构在对称冲击载荷下也会发生非对称的动态屈曲,发生非对称的屈曲临界载荷一般比对称屈曲的临界载荷要大,具体大小及程度依赖于板的厚度。对于有限长度结构和变截面问题,与以上有类似结果。不同的是在应力波传播过程中存在反射和透射问题,结果更加复杂,并且屈曲模态也相应复杂。这种方法为解决类似问题和相关研究方向提供了一个求解思路和途径。
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