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维普资讯 ZOOl华 12月 西北式学学报 (自熟科学版) Dec．2001 第 31卷第 6期 JournalofNorthwestUniversity(NaturalScienceEdition) VoI 3】No 6 桶状壳体在静水外压载荷下的失效行为分析 ， 王瑞平，李云鹏 ，韦 力 (西安科杖学院 基础科 学部 ，陕西 西安 710054) 摘要：研究了在静水外压栽荷作用下利用圆柱壳体几何形状的改变来提高其承载能力的问题 。分析 表 明，随着见何参数的变化，站构的响应 函数表现为不连续的非光滑性，并且壳体复舍材料的失效 指标随单调变化的外压载荷值而表现 出非单调性 数值计算站果表明，通过改变圆柱状壳体的几何 形状及其材料分布，可使其承受讣压栽荷的能力有很太的提高。 关 键 词；壳体 ；复合材料 ；分又失稳 ；曲屈破坏；材料破坏 中圉分类号 ：o341 文献标识码：A 文章编号：1000—274x(2001)06—048306 近年来，具有 以高曲率截面开头的轴对称壳体 结构在静水外压载荷作用下的抗 曲屈能力进行研 结构破坏问题 的研究越来越受到重视，目前的研究 究，并着重于怎样提高桶状壳体结构稳定性能的方 主要集 中于金属材料壳体，并且对壳体结构按照所 法研究。其所涉及的结构变量包括外凸曲线形状 、壁 受外载形式可分为受轴向压缩载荷和受纯外压载荷 厚变化、台适 的内外加强筋的应用，以及复合材料层 两娄 问题进行研究 。大量研究结果表明，即使不使用 问角度的安排等 。 轴向加强筋 ，仅靠圆柱状壳体表面的外凸，结构在轴 向压缩载荷作用下的屈曲载荷 就能得到很太提高 1 壳体几何形状的确定及失效机理 对于受纯外压载荷形式 ，壳体表面外凸是一种极为 有效地提高结构静破坏载荷能力的方法 ]。然而，关 1．1 几何形状确定 于桶状壳体在轴向压缩载荷外压载荷或复合加载条 图 1a为一受静水外压作用 的圆柱状壳体，图 件下的研究大多集中于理论分析及数值计算 ，故试 1b为将图h 的圆柱状壳体改为同质量 的圆桶状壳 验研究成果甚少。 体，长度 由原始长度 L。变为 ，且桶状壳体截面外 本文主要对轴对称复合材料圆柱及圆桶状壳俸 凸曲线是某个 “r为半径的圆弧的一部分，同时 ，壳 图 1 静承压作用下的圊柱 Fig．1 Thecylinderunderstaticwaterpressure 收藕 日期 ；2001一O1—02 基金项 目：原煤炭部科学基金 (96采 10408)和侠西省教委专顶基金 (99JKI76)资助项 目 作者简介 ：王瑞平 (1955一)，女，侠西西安人 ，西安科技学院副教授 ，从事力学研究。 维普资讯 484—— 西北大学学报 (自然科学舨) 第 31卷 体结构材料为具有 个薄层 的复台材料，每个薄层 用 了逐 步加载应力分析法。在多数情 况下，函数 相对于壳体经线方向的缠绕角度为 ．(见图1c)。 ，(p)值随外压的增大而单词增大 “。 根据假设 ，二者的材料体积相等，且对于一个结 定 的参数值b，可 由下式计算 出圆桶外凸曲线 的曲 2 数值计算结果