结构失稳和整体稳定性分析 失稳破坏是一种突然破坏，人们没有办法发觉及采取补救措施，所以其导致的结果往往比较严重。正因为此，在实际工程中不允许结构发生失稳破坏。 导致结构失稳破坏的原因是薄膜应力，也就是轴向力或面内力。所以在壳体结构、细长柱等结构体系中具有发生失稳破坏的因素和可能性。这也就是为什么在网壳结构的设计过程中稳定性分析如此被重视的原因。 下面根据本人多年来的研究及工程计算经验，谈谈个人对整体稳定性分析的一点看法，也算做一个小结。 1稳定性分析的层次 在对某个结构进行稳定性分析，实际上应该包括两个层次。（一）是单根构件的稳定性分析。比如一根柱子、网壳结构的一根杆件、一个格构柱（桅杆）等。单根构件的稳定通常可以根据规范提供的公式进行设计。不过对于由多根构件组成的格构柱等子结构，还是需要做试验及有限元分析。（二）是整个结构的稳定分析。比如整个网壳结构、混凝土壳结构等结构整体的稳定性分析。整体稳定性分析目前只能根据有限元计算来实现。 2整体稳定性分析的内容 通常，稳定性分析包括两个部分：Buckling分析和非线性“荷载-位移”全过程跟踪分析。 （1）Buckling分析 Buckling分析是一种理论解，是从纯理论的角度衡量一个理想结构的稳定承载力及对应的失稳模态。目前几乎所有的有限元软件都可以实现这个功能。Buckling分析不需要复杂的计算过程，所以比较省时省力，可以在理论上对结构的稳定承载力进行初期的预测。但是由于Buckling分析得到的是非保守结果，偏于不安全，所以一般不能直接应用于实际工程。 但是Buckling又是整体稳定性分析中不可缺少的一步，因为一方面Buckling 可以初步预测结构的稳定承载力，为后期非线性稳定分析施加的荷载提供依据；另一方面Buckling分析可以得到结构的屈曲模态，为后期非线性稳定分析提供结构初始几何缺陷分布。 另外本人认为通过Buckling分析还可以进一步校核单根构件截面设计的合理性。通过Buckling分析得到的屈曲模态，我们可以看出结构可能发生的失稳破坏是整体屈曲还是局部屈曲。如果是局部屈曲，那么为什么会发生局部屈曲？局部屈曲的荷载因子是否可以接受？是否是由于局部杆件截面设计不合理所导致？这些问题希望能引起大家的注意。 （2）非线性稳定分析 前文已经讲过，Buckling分析是一种理论解。但是由于加工误差、安装误差、温度应力、焊接应力等因素的存在，现实中的结构多少都会存在一些初始缺陷，其稳定承载力与理论解肯定存在一定的差别。另外，由于Buckling分析是线性的，所以它不可以考虑构件的材料非线性，所以如果在发生屈曲之前部分构件进入塑性状态，那么Buckling也是无法模拟的。所以必须利用非线性有限元理论对结构进行考虑初始几何缺陷、材料弹塑性等实际因素的稳定性分析。 目前应用较多的是利用弧长法对结构进行“荷载-位移”全过程跟踪技术，来达到计算结构整体稳定承载力的目的。
复合材料结构分析总结 说明：整理自Simwe论坛，复合材料版块，原创fea_stud，大家要感谢他呀 目录 1# 复合材料结构分析总结（一）——概述篇 5# 复合材料结构分析总结（二）——建模篇 10# 复合材料结构分析总结（三）——分析篇 13# 复合材料结构分析总结（四）——优化篇 做了一年多的复合材料压力容器的分析工作，也积累了一些分析经验，到了总结的时候了，回想起来，总最初采用I-deas，到MSC.Patran、Nastran，到最后选定Ansys为自己的分析工具，确实有一些东西值得和大家分享，与从事复合材料结构分析的朋友门共同探讨。 （一）概述篇 复合材料是由一种以上具有不同性质的材料构成，其主要优点是具有优异的材料性能，在工程应用中典型的一种复合材料为纤维增强复合材料，这种材料的特性表现为正交各向异性，对于这种材料的模拟，很多的程序都提供了一些处理方法，在I-Deas、Nastran、Ansys中都有相应的处理方法。笔者最初是用I-Deas下建立各项异性材料结合三维实体结构单元来模拟（由于研究对象是厚壁容器，不宜采用壳单元），分析结果还是非常好的，而且I-Deas强大的建模功能，但由于课题要求要进行压力容器的优化分析，而且必须要自己写优化程序，I-Deas的二次开发功能开放性不是很强，所以改为MSC.Patran，Patran 提供了一种非常好的二次开发编程语言PCL（以后在MSC的版中专门给大家贴出这部分内容），采用Patran结合Nastran的分析环境，建立了基于正交各项异性和各项异性两种分析模型，但最终发现，在得到的最后结果中，复合材料层之间的应力结果始终不合理，而模型是没有问题的（因为在I-Deas中，相同的模型结果是合理的），于是最后转向Ansys，刚开始接触Ansys，真有相见恨晚的感觉，丰富的单元库，开放的二次开发环境（APDL 语言），下面就重点写Ansys的内容。 在ANSYS程序中，可以通过各项异性单元（Solid 64）来模拟，另外还专门提供了一类层合单元（Layer Elements）来模拟层合结构（Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191）的复合材料。 采用ANSYS程序对复合材料结构进行处理的主要问题如下： （1）选择单元类型 针对不同的结构和输出结果的要求，选用不同的单元类型。 Shell 99 ——线性结构壳单元，用于较小或中等厚度复合材料板或壳结构，一般长度方向和厚度方向的比值大于10； Shell 91 ——非线性结构壳单元，这种单元支持材料的塑性和大应变行为； Shell 181——有限应变壳单元，这种单元支持几乎所有的包括大应变在内的材料 的非线性行为； Solid 46 ——三维实体结构单元，用于厚度较大的复合材料层合壳或实体结构；
稳固结构的探析----结构的稳定性分析 一、教学目标： 本节课是稳固结构的探析专题的第一节课。《技术课程标准》与稳固结构的探析内容对应的内容标准为：（1）能通过技术试验分析影响结构稳定性和强度的因素（2）理解结构与功能的关系。由于将该专题拆分为三节课来组织教学，本节课的教学的重点放在了解影响结构稳定性的因素。对影响结构的强度因素和结构与功能的关系安排在后面两节课完成。 因此，本节课的具体教学目标为：（1）了解什么是结构的稳定状态。（2）理解影响结构的稳定性有三个主要因素。（3）能够对常见简单结构设计进行正确分析，对稳定不合理结构提出改进意见。具体分解为知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维目标为： 知识与技能：（1）了解什么是结构的稳定状态。 （2）理解影响结构的稳定性有三个主要因素。 （3）能够对常见简单结构设计进行正确分析，对稳定不合理结构提出 改进意见。 过程与方法：（1）通过对比技术试验，提高进行简单技术试验的实践能力。 情感态度价值观： （1）在合作技术试验，交流讨论过程中增强合作交流的意识。 （2）过结构稳定性讨论，增强技术安全的意识。 二、教学内容分析： 教材分析： “技术与设计2”模块包含“结构与设计”、“流程与设计”、“系统与设计”、“控制与设计”四个主题，“稳固结构的探析”是“结构与设计”主题的第二节内容，是“结构与设计”主题的核心部分。“结构的稳定性分析”又是“稳固结构的探析”专题中的第一课时内容，是“结构的稳定性分析”，“结构的强度分析”和“结构的功能分析”三个连续环节的第一环。 本节课教材内容分为三个部分：（1）什么是结构的稳定性。（2）影响结构稳定性的三个主要因素。（3）常见结构的稳定性分析。 对于结构的稳定，学生此前是有一定的生活感性认识的。看到被大风刮倒的物品，就认识到这些物品的稳定性是有问题的。但这样的认识仅仅停留在感性层面上，没有上升到理性认识高度。为了引出结构的稳定性这个重要的概念，老师可以根据教材内容，提供
结构的稳定性 一、教学目标： （一）知识与技能： 1、理解稳定和结构稳定性的概念。 2、掌握影响结构稳定性的因素。 3、能运用影响结构稳定性的因素判断结构的稳定性，并能对如何增加结构稳定性提出自己的看法。 （二）过程与方法：通过技术试验及试验分析、小组讨论等方法引导学生综合运用相关的理论知识，提高学生的知识迁移能力。 （三）情感态度价值观：让学生体验实验过程、通过分析讨论得到结论，培养学生的观察分析能力，注重小组之间的交流，培养合作交流能力，鼓励学生表达自己的认识和判断形成实事求是的科学态度，增强学生的主动参与意识。 二、教学重点与难点： （一）教学重点：通过技术试验分析影响结构稳定主要因素。 （二）教学难点：1、影响结构稳定性的主要因素。 2、利用影响结构稳定性的主要因素对简单结构进行稳定性分析。 三、教学方法： 讲授法、PPT演示法、技术试验法、分析讨论、自主探究法、观察发现法、案例分析法等。 四、教学准备： 本节课的教学在技术多媒体教室完成。通过试验，幻灯片呈现诸多的图片、实物，借以加深学生对本节知识的掌握。 多媒体课件、矿泉水瓶3个、剪刀三把、扑克牌若干张。 六、教学过程： （一）引入：图片展示倾斜的货车、被风刮倒的房屋、被风刮倒的广告牌。让学生思考：以上各例，有一个共同的特点，就是在受到外力的作用下，原有的平衡被打破，出现了倒了、歪了、翻了等力学非平衡现象，我们说以上结构的稳定性不好。那什么是结构的稳定性呢？以上各例，有一个共同的特点，就是在受到外力的作用下，原有的平衡被打破，出现了倒了、歪了、翻了等力学非平衡现象，我们说以上结构的稳定性不好。
那什么是结构的稳定性呢？ （二）新课讲授 1，结构的稳定性 根据学生的回答结合引入环节的图片中的事物稳定特点引导学生得出稳定的概念：稳定指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能回到原平衡状态。不能回到原平衡状态，为不稳定。 2、结构稳定性的含义：结构具有阻碍翻倒或移动维持其原有平衡状态的特性，就是结构稳定性。 3、影响结构稳定性的因素 【探究一】一同学双脚并拢，一次站立，一次蹲下，用力去拉，哪种姿势更稳？ 结论一： 结构或构件重心位置的高低影响结构的稳定性。 重心越低,稳定性越好;重心越高,稳定性越差。 【探究二】如何使鸡蛋稳定地竖直站立，提供的实验材料和工具有：鸡蛋、矿泉水瓶、剪刀。 你完成挑战了吗？你是利用什么原理使鸡蛋稳定地竖直站立的？ 结论二：结构与地面接触所形成的支撑面的大小影响结构的稳定性。 结构与地面接触所形成的支撑面越大，结构越稳定。 解释：因为接触面积越大，重心的投影就 越容易落在里面，从而可以达到稳定。 注意：（支撑面≠接触面） 【探究三】用扑克牌堆积金字塔。你做到了吗？ 为什么你所搭建的结构是稳定的？ 结论：结构（构件）的形状影响结构的稳定性。三角形的结构稳定性较好 三）学以致用：1、如何增加一本课本的稳定性使它能够立起来？ 2、落地扇为什么不易倾倒？ 3、骑自行车时需要携带一箱书和一床被子，如何放置他们更科学？ 4、照相机和摄像机的支架一般都采用三角架，采用这种支架有什么优点？ 5、很多人认为用啤酒瓶可以用作地震警报，请同学们思考如何放置啤酒瓶才能提供有效的地震预警？（
课题：结构的稳定性 一、教学目标： 1、知识目标：理解结构稳定性的概念，掌握影响结构稳定性的因素。 2、能力目标：能对物体的结构进行理论分析并通过技术试验分析影响结构稳定性的主要因素；能对结构提出合理化的设计，动手改造和革新物体的结构，培养学生的创新精神和实践能力。 3、情感目标：通过分析讨论、合作学习，培养学生的团结合作精神，主动参与意识，体验学习乐趣；培养学生观察――怀疑－－试验－－总结的研究思路；渗透安全教育、德育教育，培养学生实事求是、严谨负责的科学态度从而形成富有责任感的技术设计观。 二、教学重点、难点 1、重点：掌握影响结构稳定性的主要因素。 2、难点：利用所学知识分析实际案例，解决实际问题。 三、教学资源 一个不倒翁玩具、两个熟鸡蛋、三个矿泉水瓶、几本书、多媒体等 四、教法设计 开始采用激趣法，通过观察多媒体图片让同学思考为什么台风过后很多结构受到破坏比较严重，而有些结构基本没有损坏，从而引起学生对结构稳定性的兴趣。接下来结合生活事例，让学生主动观察或亲自动手试验，引导学生总结稳定性的概念，探究影响结构稳定性的两个主要因素。然后通过合作探究、能力拓展两个环节让学生把知识变为能力，让学生自己分析生活中的关于结构稳定性的实例，并动手改进结构的稳定性。 五、教学过程 (一)导入新课 【大屏幕展示台风过后城市的浪迹场面】 我国东南沿海地区经常有台风袭击，台风中心所到之处，一片狼藉，很多结构受到破坏，然而也有一部分结构基本完好，这说明，有的结构稳定性好，有的结构稳定性不好。 【学生观察归纳】 图片中哪些物品稳定性好，哪些物品稳定性不好？ 【老师引出课题】 为什么有些结构容易翻倒而有些不容易反倒?结构的稳定性跟哪些因素有关?我们又如何提高结构的稳定性而避免给我们带来不必要的损失?这说明结构的稳定性设计在我们的生产生活中是非常重要的。这节课我们就来讨论这些问题。 (二)知识构建 知识一：稳定性的概念（通过老师的试验展示，学生归纳总结） 【老师出示不倒翁玩具并用手扳动】 学生通过观察、总结稳定性概念――结构的稳定性是指结构在外力的作用下，维持其平衡状态的能力。稳定指的不是状态的绝对不变，而是受到干扰后允许状态有所波动，但当扰动消失后能重新返回到原始的平衡状态，则为稳定。不能回到原有的平衡状态，则为不稳定。
1、简述构成复合材料的元素及其作用 复合材料由两种以上组分以及他们之间的界面组成。即构成复合材料的元素包括基体相、增强相、界面相。 基体相作用：具有支撑和保护增强相的作用。在复合材料受外加载荷时，基体相一剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用，提高塑性变 形能力。 增强和作用：能够强化基体和的材料称为增强体，增强体在复合材料中是分散相, 在复合材料承受外加载荷时增强相主要起到承载载荷的作用。 界面相作用：界面相是使基体相和增强相彼此相连的过渡层。界面相具有一定厚度，在化学成分和力学性质上与基体相和增强相有明显区别。在复 合材料受外加载荷时能够起到传递载荷的作用。 2、简述复合材料的基本特点 (1)复合材料的性能具有可设计性 材料性能的可设计性是指通过改变材料的组分、结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能。显然，复合材料中包含了诸多影响最终性能、可调节的因素，赋予了复合材料的性能可设计性以极大的自由度。 ⑵ 材料与构件制造的一致性 制造复合材料与制造构件往往是同步的，即复合材料与复合材料构架同时成型，在采用某种方法把增强体掺入基体成型复合材料的同时?，通常也就形成了复合材料的构件。 (3)叠加效应 叠加效应指的是依靠增强体与基体性能的登加，使复合材料获得一?种新的、独特而又优于个单元组分的性能，以实现预期的性能指标。 (4)复合材料的不足 复合材料的增强体和基体可供选择地范围有限；制备工艺复杂，性能存在波动、离散性；复合材料制品成本较高。
3、说明增强体在结构复合材料中的作用能够强化基体的材料称为增强体。增强体在复合材料中是分散相。复合材料中的增强体，按几何形状可分为颗 粒状、纤维状、薄片状和由纤维编制的三维立体结构。喑属性可分为有机增强体 和无机增强体。复合材料中最主要的增强体是纤维状的。对于结构复合材料，纤 维的主要作用是承载，纤维承受载荷的比例远大于基体；对于多功能复合材料， 纤维的主要作用是吸波、隐身、防热、耐磨、耐腐蚀和抗震等其中一种或多种， 同时为材料提供基本的结构性能；对于结构陶瓷复合材料，纤维的主要作用是增 加韧性。 4、说明纤维增强复合材料为何有最小纤维含量和最大纤维含量 在复合材料中，纤维体积含量是一个很重要的参数。纤维强度高，基体韧性好，若加入少量纤维，不仅起不到强化作用反而弱化，因为纤维在基体内相当于裂纹。所以存在最小纤维含量，即临界纤维含量。若纤维含量小于临界纤维量，则在受外载荷作用时，纤维首先断裂，同时基体会承受载荷，产生较大变形，是否断裂取决于基体强度。纤维量增加，强度下降。当纤维量大于临界纤维量时，纤维主要承受载荷。纤维量增加强度增加。总之，含量过低，不能充分发挥复合材料中增强材料的作用；含量过高，由于纤维和基体间不能形成一定厚度的界面过渡层, 无法承担基体对纤维的力传递，也不利于复合材料抗拉强度的提高。 5、如何设才计复合材料 材料设计是指根据对?材料性能的要求而进行的材料获得方法与工程途径的规划。复合材料设计是通过改变原材料体系、比例、配置和复合工艺类型及参数，来改变复合材料的性能，特别是是器有各向异性，从而适应在不同位置、不同方位和不同环境条件下的使用要求。复合材料的可设计性赋予了结构设计者更大的自由度，从而有可能设计出能够充分发掘与应用材料潜力的优化结构。复合材料制品的设计与研制步骤可以归纳如下： 1）通过论证明确对于材料的使用性能要求，确定设计目标 2）选择材料体系（增强体、基体） 3）确定组分比例、几何形态及增强体的配置 4）确定制备工艺方法及工艺参数
《结构与稳定性》教案 教材分析:本节内容是苏教版《技术与设计2》章第二节稳固结构的探析第1课时的内容。教学内容为影响结构的稳定性的因素，主要包括重心位置的高低、与地面接触所形成的支撑面的大小、结构的形状等。本节内容有承上启下的作用，可以使学生对前面学习的结构的基本知识有更深的认识和巩固，也为下一节课时结构与强度和功能的学习，为后续的简单结构的设计和经典结构的欣赏学习做好铺垫，本课是在感性的认识基础上进一步探究结构的重要性质之一的稳定性，可使学生对如何构建一个稳定的结构有更深的认识，并最终为解决实际问题能设计出成功的结构奠定了良好的基础。 教学目标： 知识与技能：理解结构稳定性的含义。 过程与方法：通过试验，分析总结出影响结构稳定性的主要因素。 情感态度与价值观：激发学生结构探究兴趣和欲望，培养学生的思想和意识。 教学重点和难点： 重点：影响结构稳定的主要因素。 难点：1、影响结构稳定的主要因素在不同结构中的体
现。 能从影响结构稳定性的多个因素综合探讨典型结构的稳定性。 教学策略手段： 采用直观教学法。通过试验、举例、图片和实物展示，采用直观教学方法让学生亲身体会和感受，激发学生的学生的学习兴趣和促进对相关概念的理解。 采用探究式教学方法。通过纸板屏风的小实验，结合案例分析，激发学生探究热情，提高学生掌握相关知识的稳定性。 立足学生的直接经验和亲身经历。通过做中学，以学生的亲历情境、亲手操作、亲身体验为基础，学生自己能发现问题、提出问题、分析问题，并将所学知识应用于实际问题的解决。 学情学法： 通过节的学习，学生认识了常见的结构，会从力学的角度理解结构的概念，会简单的分析结构的受力，使得学生有了学习本课时的基础。学习本课可以使学生对结构特性有更深入的认识，并为后续的结构设计教学奠定基础。 因为教学内容以及概念的具体性，需要在课堂上通过对具体实例的探究，学生才会建立起比较稳定的结构与稳定性相关概念，也有利于提高学生的理解技术、运用技术的能力。
国 防 科 技 大 学 学 报 第32卷第2期 JOURNA L OF NA TIONA L UNIVERSITY OF DEFE NSE TECHNO LOGY V ol.32N o.22010文章编号:1001-2486(2010)02-0046-05 基于ANSYS的大型复合材料风力机叶片结构分析Ξ 周鹏展1,2,3,肖加余1,曾竟成1,王 进2,杨 军2 (1.国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙 410073; 2.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007; 3.长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南长沙 410076) 摘 要:基于ANSY S软件,对某款应用于G L3A风场的1500kW大型复合材料风力机叶片进行了结构分析。分析结果表明:该叶片的振型以一阶挥舞和一阶摆振为主,其频率分别为0186H z和1159H z;在极限挥舞 载荷作用下,该叶片有限元模型计算得到的叶尖挠度为81445m,而该叶片全尺寸静力试验得到的极限挥舞载 荷作用下的叶尖挠度为8112m,计算值与试验值的误差只有318%;另外,该叶片的最大计算拉应力和压应力 分别为228MPa和201MPa,而该叶片玻纤Π环氧复合材料实测拉伸强度和实测压缩失稳强度分别为720MPa和 380MPa,其计算最大应力只有对应实测极限强度的3117%和5219%。 关键词:复合材料;风力机叶片;结构分析;极限挥舞载荷 中图分类号:TK8 文献标识码:A Structural Analysis of Large2scale Composite Wind Turbine B lade B ased on ANSYS ZH OU Peng2zhan1,2,3,XI AO Jia2yu1,ZE NGJing2cheng1,W ANGJin2,Y ANGJun2 (1.C ollege of Aerospace and M aterial Engineering,National Univ.of Defense T echnology,Changsha410073,China; 2.Zhuzhou T imes New M aterial T echnology C o.Ltd.,Zhuzhou412007,China; 3.C ollege of Energy and P ower Engineering,Changsha Univ.of Science&T echnology,Changsha410076,China) Abstract:Based on the ANSY S s oftware,the structural analysis of a kind of1500kW large2scale com posite wind turbine blade which applied in G L3A wind farm was carried out.The analysis results show that the vibration m odes of this blade are mainly presented as first flapwise m ode and first edgewise m ode,the frequencies of the vibration are respectively0.86H z and1.59H z.At the action of ultimate flapwise loads,the FE M analysis results show that the blade tip deformation is8.445m,while the blade tip deformation of the full scale blade under static test is8.12m,s o the deviation between the calculated and tested value of the blade tip deformation is only 3.8%.M oreover,the calculated maximum tensile stress and the com pressive stress are228MPa and201MPa,while the tested tensile strength and com pressive buckling strength of the glass2fiberΠepoxy com posite are720MPa and380MPa,respectively.C onsequently,the percentages of the calculated maximum stress and the tested ultimate strength are respectively31.7%and52.9%. K ey w ords:com posite;wind turbine blade;structural analysis;ultimate flapwise load 风力机叶片是风力发电机组的关键部件之一,随着世界风力发电机组向大功率方向发展,风力机叶片的长度越来越长,目前世界最长的复合材料风力机叶片是丹麦LM公司生产的,其长度已达6115m,单片重约18t,从而对叶片结构的强度、刚度、重量等的设计提出了更高的要求[1-3]。复合材料具有比强度高、比刚度高、重量轻、可设计性强、承力性能好等特点[4-5],因而在大型风力机叶片中获得了广泛应用。风力机叶片的结构分析作为风力机叶片结构设计的技术基础之一,开始在大功率风力机叶片结构的校核与优化设计中发挥着日益重要的作用。 由于大型复合材料风力机叶片的外形结构和铺层结构都非常复杂,其外形由不同翼型构建而成,属Ξ收稿日期:2009-09-22 基金项目:国家863计划资助项目(2007AA03Z563);中国博士后科学基金资助项目(20070420832);湖南省科技资助项目(2008RS4033) 作者简介:周鹏展(1973—),男,博士后。
结构动力稳定性的分析方法与进展 何金龙1,法永生2 (1.卓特建筑设计有限公司,广东佛山528322;2.上海大学土木工程系,上海200074) 【摘 要】 就目前结构动力稳定性问题这一研究领域的若干基本问题,常用的处理方法,判别准则与实验研究方法以及目前取得的主要成果作了简要总结和综述,并且对结构动力稳定性分析与研究今后的发展方向进行了展望。 【关键词】 结构; 动力稳定性; 处理方法; 判别准则; 实验研究 【中图分类号】 T U311.2 【文献标识码】 A 根据结构承受荷载形式的不同,可以将结构稳定问题分为静力稳定和动力稳定两大类。动力载荷作用下结构的稳定性问题是一个动态问题,由于时间参数的引入,使问题变得极为复杂。对于结构动力稳定性的定义一直难以确切给出,这是因为结构自身动力特性具有复杂性使得其在数学意义上的定义很难予以准确表达[1]。长期以来,力学工作者致力于结构稳定性问题的研究,在发展了经典稳定性理论的同时也极大地推动了动力稳定理论研究的前进。如稳定性判定准则的建立、临界载荷的确定、初缺陷的影响或后分叉分析等。理论分析和实验研究逐渐增多,使得这门学科不仅在理论上形成了一个庞大而复杂的体系,而且具有重要的实用价值。可以说,现在的结构动力稳定性研究分析已经是结构动力学、有限元法、数值计算方法及程序设计等诸多学科相互交叉、有机结合的产物,属于现代工程结构研究领域中的一个重要分支。 1 结构动力稳定性的分类及主要的研究问题 结构动力稳定性就其承载的动力形式大致可以分为三类。 (1)结构在周期性荷载作用下的动力稳定性。在简谐荷载等周期性荷载作用下,当结构的自振频率与外载荷的强迫振动频率非常接近时,结构将产生强烈的共振现象;当结构的横向固有振动频率与外荷载的扰动频率之间的比值形成某种特定的关系时,结构将产生强烈的横向振动,即参数振动。对于这类问题,前苏联学者符华·鲍络金(Bolito n)在其著作《弹性体系的动力稳定》中给出了较全面的分析和论述。他们导出的区分稳定区和不稳定区的临界状态方程是一个周期性方程,即M athieu-Hill方程。在周期相同的解之间存在着不稳定区域,便把问题归结为确定微分方程具有周期解的条件,从而解决了稳定的判别问题。但是对于大变形的几何非线形结构,结构的刚度矩阵需要经过迭代,微分方程非常复杂,这些理论将难以成立。 (2)结构在冲击荷载作用下的动力稳定性。在这种情况下,结构的动力稳定性与冲击类型密切相关,而且首要问题在于合理、实用的判别准则,它不仅要在逻辑上站得住脚,又要在实际上可行,遗憾的是这个问题至今未能形成一致的看法。目前对结构承受瞬态冲击作用下的冲击稳定性的试验和理论研究主要集中在理想脉冲以及阶跃荷载下的动力稳定性。在脉冲荷载作用下发生的动力屈曲称为脉冲屈曲,已有的研究表明[2][3][4],脉冲屈曲是一类响应式屈曲或者动力发展型屈曲。阶跃荷载是一类具有恒定幅值和无限长持续时间的载荷形式。在试验或者实际当中,固体与固体之间的冲击引起的屈曲就可看作脉冲冲击。 (3)结构在随动荷载作用下的动力稳定性。所谓随动荷载是指随着时间的变化荷载的幅值保持不变而方向发生变化的作用力,它是非保守力。它的分析将极其复杂,目前还难以见到可借鉴的动力稳定性分析文献。因此,许多学者通常采用结构动力学响应分析常用的手段,将这类荷载作为确定性荷载进行分析。通过对结构的动力平衡路径全过程进行跟踪,根据结构的各参数在动力平衡路径中的变化特性,对结构的动力稳定性进行有效的判定[5]。 综上所述,目前国内外动力稳定性研究的现状大致为:对周期荷载下的参数动力稳定性问题、在冲击荷载作用下的冲击动力稳定性问题和阶跃荷载下的参数阶跃动力稳定性问题研究较多,并取得了满意的效果[6][7][8]。恒幅阶跃载荷及矩形脉冲载荷或其它冲击载荷作用下杆的动力稳定问题也有很多研究,并从不同的角度建立了一些稳定性判定准则。但冲击载荷作用下板的动力稳定问题还没有获得广泛和深入的研究。对于较为复杂的冲击荷载作用下结构的动力稳定性问题,目前的研究主要集中于理想脉冲载荷和阶跃载荷作用下结构的动力稳定问题。在这类问题的分析中,最常采用的屈曲准则有B-R准则、Simitses总势能原理和放大函数法。对非周期激振、参数激振和强迫激振耦合引起的动力稳定问题研究较少;对弹性基本构件和简单模型研究较多(如周期激励下的柱子、梁、拱及壳等已得到了成功的分析),对复杂工程结构研究较少。对于在地震、风荷载等任意动力荷载作用下的具有较强的几何非线性的结构的动力稳定性问题,国内外这方面的文献资料虽然最近几年也有一些,但距离真正地合理解决这类动力稳定性问题还有许多工作要做。 [收稿日期]2006-06-12 [作者简介]何金龙(1962～),男,工学学士,一级注册结构工程师,主要从事工业与民用建筑设计工作。 155 ·工程结构· 四川建筑 第27卷2期 2007.04
Ansys10.0 复合材料结构分析操作指导书
第一章概述 复合材料是两种或两种以上物理或化学性质不同的材料复合在一起而形成的一种多相固体材料，具有很高的比刚度和比强度（刚度和强度与密度的比值），因而应用相当广泛，其应用即涉及航空、航天等高科技领域，也包括游艇、风电叶片等诸多民用领域。由于复合材料结构复杂，材料性质特殊，对其结构进行分析需要借助数值模拟的方法，众多数值模拟软件中Ansys是个不错的选择。 Ansys软件由美国ANSYS公司开发，是目前世界上唯一一款通过ISO9001质量体系认证的分析设计软件，有着近40年的发展历史，经过多次升级和收购其它CAE(Computer Aided Engineering )软件，目前已经发展成集结构力学、流体力学、电磁学、声学和热学分析于一体的大型通用有限元分析软件，是一款不可多得的工程分析软件。Ansys在做复合材料结构分析方面也有不俗的表现，此书将介绍如何使用该款软件进行复合材料结构分析。在开始之前有以下几点需要说明，希望大家能对有限元法有大体的认识，以及Ansys软件有哪些改进，最后给出一些学习Ansys软件的建议。 1、有限元分析方法应用简介 有限元法(Finite Element Method，简称FEM)是建立在严格数学分析理论上的一种数值分析方法。该方法的基本思想是离散化模型，将求解目标离散成有限个单元(Element)，并在每个单元上指定有限个节点(Node)，单元通过节点相 连构成整个有限元模型，用该模型代替实际结构进行结构分析。在对结构离散后，要求解的基本未知量就转变为各个节点位移(Ansys中称之为DOF(Degree Of Freedom)，试想一下，节点的位移包括沿x,y,z轴的平动和转动，也就是节点的自由度)，节点位移通过求解一系列代数方程组得到，在求得节点位移后，利用节点位移和应力、应变之间的关系矩阵就可以求出各个节点上的应力、应变，应用线性插值便可以获得单元内任意位置的位移、应力、应变等信息。 2、Ansys软件的发展近况 Ansys软件目前已发展到Ansys V12版本，从V10开始Ansys加入了一个新的工作环境Workbench，原先的Ansys被称为Ansys (classic)，虽然操作界面不同，但两者的求解器是一样的。Ansys (classic)的前处理功能相对较弱（主要是建模方面），因而往往需要借助第三方软件，如CAD软件。也许是迫于另一个有限元分析软件ABQUS的竞争压力，Ansys推出了新的Workbench工作环境，Workbench在建模、划分网格、求解和后处理上都作了改进，尤其在建模和划分
摘要：近年来，各种复合材料制备技术日益更新，从陶瓷基复合材料、金属基复合材料到聚合物基复合材料，各种制备技术都得到了很大改善，使得复合材料的性能和应用得到了显著提高。本文综述陶瓷基复合材料、金属基复合材料、聚合物基复合材料等几种重要的研究方法以及应用。 关键词：先进，复合材料，制造技术。 正文：一·陶瓷基复合材料 工程陶瓷的开发是目前国内外甚为重视的新型材料研究领域。纯陶瓷材料因其脆性，不能满足苛刻条件下的使用要求。因此，目前广泛采取增韧技术来提高陶瓷的使用性能。纤维和晶须增韧陶瓷是一类有效的方法。用纤维来增韧陶瓷的技术是十年代以后开始的，最初是用碳纤维增强陶瓷，八十年代以来又开发了用陶瓷纤维和晶须增韧陶瓷，增韧效果不断取得进展，增韧技术也不断有所创新。连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一，以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。 连续纤维补强陶瓷基复合料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites，简称CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。由于其具有高强度和高韧性，特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式，使其受到世界各国的极大关注。连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用.20世纪70年代初，科学家在连续纤维增强聚合物基复合材料和纤维增强金属基复合材料研究基础上，首次提出纤维增强陶瓷基复合材料的概念，为高性能陶瓷材料的研究与开发开辟了一个方向。随着纤维制备技术和其它相关技术的进步，人们逐步开发出制备这类材料的有效方法，使得纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。 由于纤维增强陶瓷基复合材料有着优异的高温性能、高韧性、高比强、高比模以及热稳定性好等优点，能有效地克服对裂纹和热震的敏感性[5-6]，因此，在重复使用的热防护领域有着重要的应用和广泛的市场。连续纤维增韧陶瓷基复合材料具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不会发生灾难性破坏。其耐高温和低密度特性，使其成为发展先进航空发动机、火箭发动机和空天飞行器防热结构的关键材料。 二·金属基复合材料 金属基复合材料具有比强度高，比刚度高，耐热，耐磨，导热，导电，尺寸稳定等优点，是一种很有发展前途的新材料，金属基复合材料广泛应用于制造航空抗天零部件，也用于制造各种民用产品。 按基体分，金属基复合材料分为：铝基、镁基、钛基、锌基、铁基、铜基等金属基复合材料；按增强材料分，可分为：纤维增强金属基复合材料；其纤维有C、SiC、Si3N4、B4C、Al2O3等纤维；粒子增强金属基复合材料，增强粒子有：Al2O3、TiC、SiC、Si3N4、BN、SiC、MgO等。 纤维增强金属基复合材料的制造方法： （1）叠层加压法：工艺过程是：将金属（合金）箔片或纤维增强金属片按要求剪裁，并一层一层的进行叠层，然后加热加压进行成型和连接，一般是在真空或气体中进行。适于这种方法的材料有铝、钛、铜、高温合金，其增强纤维随需要而定。为了改善连接性能，有事在两片之间加入中间金属或在待连接表面涂覆或沉积一层中间金属。 （2）辊轧成型连接法：其主要的基材是铝、钛箔片，增强纤维主要是B、C、SiC、Si3N4等，有时在基材表面要涂覆一层低熔点的中间金属，增强纤维表面要预先浸沾铝或经物理气相沉积（PVI）、化学气相沉积（CVI）处理。 （3）钎焊法：在增强纤维与基材之间加入箔状、粉末状或膏状的钎料，经真空钎焊或保护钎焊而成。钎焊法可以制造管材、型材、叶片等。 （4）热等静压法：如图2所示，其工艺过程是：将纤维与基材进行叠层并装入一模具中，
树脂基复合材料缠绕成型工艺的研究与应用 姓名：刘伟萍 (西北工业大学机电学院, 陕西西安710072) 摘要：随着我国航空事业的发展，先进材料方面的需求越来越急迫，复合材料各方面的 优秀性能使得它在飞机上的应用越来越广泛。现阶段我国在复合材料方面虽然取得了一 定进展，但在成型工艺方面与欧美等国家还存在一定差距。复合材料的成型工艺方法很 多，本文主要介绍了树脂复合材料缠绕成型工艺的特点、工艺流程、及现阶段还存在的 一些问题和相应的解决办法。 关键字：树脂基复合材料缠绕成型工艺流程 The Research and Application of Winding And Forming Process of Polymer Composites Abstract:With the development of Chinese aviation industry,the demand in the spects of advanced materials become more urgent.Because of the excellent properties of composites,it is applied more and more widely in the aircraft.Nowadays,China has made some progress in terms of composite materials ,But in terms of composites forming process,there is still a gap between China and westen developed countries like America and UN.There is A lot of methods in c omposites and winding forming process,this paper describes the characteristics、forming process of polimer composites,it also introduces some problems and corresponding solutions. Keyword:Polymer Composites Winding And Forming Process technological process 1 绪论 1.1复合材料的应用与研究 复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料具有质量轻、比强度、比模量高，较好的延展性、抗腐蚀、隔热、隔音、耐高温、性能可设计性等特点，因此被大量用于航空航天等军事领域和民用领域，是制造飞机、火箭、航天飞行器等的理想材料。 在航空工业中，复合材料的应用越来越广泛，而且成为衡量飞机性能的重要参数。复合材料成型技术在应用过程中不断积累应用经验,提高技术水平, 完善
结构稳定理论
—拉普森方法上加以改进的一种更利于求解收敛的迭代法，引入了一个附加的未知项一荷载因子λ，其迭代过程如图2-1所示。 图2-1 弧长法 非线性屈曲分析比线性屈曲分析更精确。主要步骤设置：（1）考虑几何非线性，激活大变形效应；（2）材料模型定义。材料非线性由材料屈服准则、流动准则、强化准则定义；(3）施加荷载；(4)求解设置。定义荷载步、子步数、平衡迭代数，定义收敛准则，指定程序终止选项。划分的子步数对屈服荷载的预测准确性有很大的影响，荷载增量不宜过大；(5)采用弧长法。不指定荷载步TIME 值，也不能使用线性搜索、时间步长预测、自适应下降和自动时间步长。可以减小初始半径和降低弧长半径的下限来克服收敛困难；（6）结果。观察结构屈曲变形和相对应力分布；得到结构上任意节点的荷载—变形曲线。 3 多层钢框架整体稳定性分析 6层钢框架，横向(Y)为3跨，柱间距为6m ，纵向(X)为6跨，柱间距为4m ，层高4m ，楼面活荷载标准值为2kN/m ，沿轴线方向的所有梁上施加均布的水平线荷载q 。 钢框架梁为H 形截面，截面尺寸为w f H B t t ???=350×200×20×10，柱
图3-1 Beam188单元 图3-2 Shell181单元 3.1.2网格划分、边界条件和加载 定义单元截面、材料性质，创建几何实体模型，有限元模型网格划分的优劣直接影响结构计算的准确性，本文对钢框架的梁柱网格进行了细划分。为了反映多层钢框架在实际应用中的受力状态，在框架柱脚节点约束了所有方向的自由度，即假定框架柱脚与地面为理想刚接。按照实际情况考虑混凝土楼板以及框架梁柱的重力荷载，楼面的活荷载作用，沿轴线方向所有梁上作用均布水平线荷载q，方向与Ｙ轴的正方向一致。 有限元模型如图3-3所示。
结构与稳定性说课稿 一、课题：章第二节结构与稳定性 二、课型：新授课 三、说教学目标： 知识与技能理解结构的稳定性和稳定结构的概念，明确 结构在静止或运动状态下稳定条件的不同。 过程与方法能通过演示、案例、技术试验分析影响结构 稳定性的主要因素并写出简单试验报告。 情感态度与价值观通过分析讨论、试验等方法得出结 论，培养学生的观察、思维能力，主动参与意识，体验学习 乐趣。渗透安全教育、德育教育。 四、说教学分析： 教材分析本单元内容属于《技术与设计 2》的个主题，该主题总的设计思路是：认识结构——探析结构——设计结 构——欣赏结构，“结构”和“设计”共同构成本单元两个 核心概念。结构体现了“空间”的概念，而结构的稳定性又 是结构的重要性质之一，因此，本节内容在《结构与设计》 中起到举足轻重的作用，所以教材通过马上行动、案例分析、探究、小试验及阅读等手段引导学生理解结构的稳定性、稳 定结构的含义，探究影响结构稳定性的主要因素，这样不仅 可以使学生对结构的含义有更深的认识，而且也为以后结构
的强度、结构的设计等奠定了良好基础。 教学对象分析学生通过节“常见结构的认识”的学习，对 结构的概念，结构的受力、及结构的一般分类有了初步的认识，这部分内容对于他们来说难度不大，因此对哪些主要因素影响 结构的稳定性会产生浓厚的兴趣，也有了一定探究的欲望。因 此采用激趣法，合理引导，通过典型案例、小试验、多媒体等 方法，学生完全能够达到本节内容的学习目标。 说教学重点、难点及技术点 重点对结构稳定性的理解以及分析影响结构稳定性的 主要因素。 难点利用所学知识分析有关结构稳定性的实际案例。 技术点通过各种试验，探究影响结构稳定性的主要因 素。 五、说教学策略设计 采用激趣法，一开始利用学生演示试验，导入新课。紧接 着播放视频资料，介绍 07 年夏天我国东南沿海地区遭受台风“圣帕”袭击，很多结构受到破坏，通过四幅台风过后的结构 图片，让学生亲身感受到结构被破坏的情景，引出结构的稳定性。再结合不倒翁演示试验，引起学生对影响结构稳定性因素 的兴趣。接下来结合学生熟悉的、身边的生活事例，借助于演 示及分组试验，引导学生探究影响结构稳定性的主要因素。通 过分析比萨斜塔和运动中自行车的稳定性，