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圆锥形壳的弹塑性屈曲

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[工学]第五章 弹塑性模型理论

[工学]第五章 弹塑性模型理论

第五章 弹塑性模型理论5.1 概述弹塑性理论可以分为两种，塑性增量理论和塑性全量理论。

塑性增量理论又称塑性流动理论，塑性全量理论又称塑性形变理论。

在塑性增量理论中，将物体在弹塑性变形阶段的应变ij ε分为两部分：弹性应变e ij ε和塑性应变p ij ε。

塑性应变增量ij d ε的表达式为e p ij ij ij d d d εεε=+ (5.1.1)式中，弹性应变增量d e ij ε可以用广义虎克定律计算，塑性应变增量d p ij ε可以根据塑性增量理论计算。

塑性增量理论主要包括三部分：（1） 屈服面理论；（2） 流动规则理论；（3） 加工硬化（或软化）理论。

在塑性形变理论中是按全量来分析问题的。

它在盈利状态和相应的应变状态之间建立一一对应的关系。

塑性形变理论实质上是把弹塑性变形过程看成是非线性弹性变形过程。

严格说，在弹塑性变形理论的应用是有条件的。

严格讲，只有在等比例加载条件下，应用塑性变形理论可以得到精确解。

所谓等比例加载是指在加载过程中，各应力分量是按同一比例增加的。

严格的等比例加载是很难满足的，在土工问题中可以说是不可能的。

在简单加载条件下应用塑性形变理论分析有时也可以取得较好效果。

近些年来建立的土体弹塑性模型大部分是根据塑性增量理论建立的。

本章主要介绍塑性增量理论，在最后一节简要介绍塑性形变理论。

5.2 屈服面得概念首先讨论理想弹塑性材料。

理想弹塑性材料受力到什么程度才开始发生塑性变形呢？在简单拉伸时，问题是很明显的。

当应力等于屈服应力σs 时，塑性变形开始产生。

σs 值是可以在拉伸试验应力-应变曲线上找到的。

然而在复杂应力状态时，问题就不是这样简单了。

一点的应力状态由六个应力分量确定。

在复杂应力状态下，显然不能任意选取某一个应力分量的数值作为判断材料是否进入塑性状态的标准。

因此需要在应力空间或应变空间来考虑这一问题。

在土塑性力学中，常用的应力空间有三维主应力空间、p 、q （或σm ，σ1-σ3）应力平面、以及132σσ+，132σσ-应力平面等。

弹(粘)塑性圆柱壳轴向冲击屈曲的数值模拟

弹(粘)塑性圆柱壳轴向冲击屈曲的数值模拟
短 、 曲模 态和能 量 吸收 的影 响 。 屈
与实验符合较好 。此后 Ｎ Ｊ ｅ 等 对柱壳受轴向 ．ｏ ｓ ｎ
冲击 做 了一系列 的研究 ， 出 了动力 渐 进 屈 曲 （ ｙ 提 Ｄ— ｎｍｃ ｒｇｅｓ ｅｂｃｌ ｇ 和 塑性 动力屈 曲 （ ｙａ ａ ｉｐｏｒｓｉ ｕｋｉ ） ｖ ｎ Ｄ ｎｍ— ｉｐａｔ ｕｋｎ ） ０世纪 ８ ｃ ｌｓｃｂｃｌｇ 。２ ｉ ｉ Ｏ年代 以来 ， 国著名 我
第一作 者 简介 ： 赵广 臣（ ９１ ， ， １８ 一） 男 研究 生 。Ｅｍ ｉ ｓｄ５８ －ａ：ｙ３２ ＠ ｌ
１ ３ ｃ ｒｏ ６．ｏ ｎ
。 通信作 者简介 ： 建平 （９ ４ ） 男 ， 雷 １５ 一 ， 教授。研究 方向 ： 冲击 动力
学
维普资讯
维普资讯
第 ８ 卷 第 ２期 ２０ ０ ８年 １月 １７ —８９ ２ ０ ） －３ ８０ ６ １１ １ （０ ８ ２０ ３ —５
科
学
技
术
与
工
程
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Ｖｏ． Ｎｏ ２ Ｊｎ ０ ８ １８ ． ａ ．２ ｏ
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｎ
２０ Ｓｉ Ｔｃ．ｎｎ． ０８ ｃ ｅ Ｅ ｇｇ 塑性 圆柱 壳轴 向冲击屈 曲的数值模拟
赵 广 臣 雷 建 平 张 善 元
（ 太原 理工大学 应用力学与生物医学工程研究所 ， 太原 ０ ０ ２ ３０ ４）
摘
要
用 Ｌ — Ｙ Ａ对 不同材料 圆柱 壳在 轴 向冲击下 的屈 曲行为进 行 了数值模 拟 ， ＳＤ Ｎ 分析 了材 料特 性和几何 尺寸 对轴 向缩
学者王仁等 在柱壳塑性动力屈 曲方 面开展 了系

弹塑性详解

弹塑性详解

弹塑性的未来发展
智能材料
未来弹塑性材料将与智能传感器和控制系统集成,实现自主监测和自适应调节,提高结构系统的稳定性和可靠性。
高性能应用
在航空航天、汽车制造、能源等领域,弹塑性材料将发挥更大作用,提高关键部件的抗冲击和耐疲劳能力。
仿生设计
从生物体的运动机理中吸取灵感,开发出更高效、协调的弹塑性机构,应用于机器人、生化假肢等领域。
制造工艺控制
弹塑性理论在冲压、挤压、锻造等成形加工中发挥重要作用,可预测工件变形、确定最佳工艺参数,提高产品质量。
生物医学应用
医疗器械和义肢设计需要利用弹塑性分析,确保其能适应人体组织的变形特性,提高舒适度和功能性。
弹塑性的重要性
1
提高结构安全性
弹塑性能够增强材料和结构在外力作用下的变形能力,有效降低意外事故发生的风险,提高结构的安全可靠性。
弹塑性的影响因素
应力-应变关系
材料的弹塑性行为主要取决于其应力-应变曲线的形状,包括弹性模量、屈服强度和最大强度等关键参数。
材料成分与微观结构
材料的化学成分、晶粒大小、相组成等微观结构特征直接影响其宏观力学性能和弹塑性行为。
应力状态与几何形状
零件或结构的受力状态和几何形状会导致局部应力集中,从而影响弹塑性响应和失效模式。
工程应用
20世纪中后期,弹塑性理论和方法广泛应用于工程实践,在航空、汽车、建筑等领域发挥了重要作用。
现代进展
当前,随着计算机技术的发展,弹塑性分析方法不断创新,在复杂结构设计、材料选择和工艺优化中展现强大的潜力。
弹塑性的基本原理
数学描述
弹塑性通过应变-应力关系的数学模型来描述材料在力学作用下的变形行为。这些模型结合了材料的弹性特性和塑性特性。

内压作用下碟形封头压力容器的弹塑性屈曲行为分析

内压作用下碟形封头压力容器的弹塑性屈曲行为分析

气、 体， 液 还应 用 于城 市 建 设 的各 种 高 塔 贮 水 球 罐 、 电站球形 安 全 壳 及 深海 球 形潜 水 器 等 。受 核 内压 作用 的碟形 封 头 压 力容 器 ， 柱 壳 到球 壳 的 其 过 渡 区受 压应 力 作 用 ， 使其 发 生 屈 曲失 稳 。在 屈 曲过程 中 ， 薄壳 的膜应 变 能转化为 弯 曲应 变能 ， 伴 随着 较 大 的 变 形 ， 其 包 含 几 何 非线 性 效 应 ； 使 同
５６ ７
化
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工
机
械
２１ ０ ０年
内压 作 用 下碟 形 封 头压 力容器 的弹 塑 性 屈 曲行 为 分 析
张 彤 汤 国伟
殷 雅 俊
（ 清华 大学 ）
（ 京 航 空 航 天 大学 ） 北
摘
要
基于 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ对 受 内压碟 形封 头压 力容 器 进 行 弹 塑性 屈 曲 行 为 分 析 ， 过 非 对 称 网格 剖 分 技 通
值 的参考依 据 。 数值计 算 中 ， 由于屈 曲点 会 出现 不 连续 响应 （ 分叉 ） 导致 不能 直接 对后 屈 曲进行 分 析 。解 决 ， 这个 矛盾通 常是 在 “ 善 ” 构 中 引入 初 始 缺 陷 完 结 从而 把它转 化成 连续 响应 。这 种做 法的弊 端在于
打破 了结构 本身 的完美 性且带 有 主观性 。对于双 非线 性系统 的 临界 问题 ， 同 的初始 缺 陷 可 能导 不 致屈 曲载荷 ， 者采 用 了 一种 全 新 的诱 发 屈 曲 的 笔 方式 ， 即非 对 称 网 格 剖分 法 。Ｗａｄｅ 在 对 中心 ｒｌ
术 诱 发 结 构 的 屈 曲行 为 ， 用 Ｒｋ 算 法捕 捉 完 整 的 屈 曲 及 后 屈 曲 路 径 ， 析 屈 曲 栽 荷 和 屈 曲 形 态 。计 采 ｉｓ 分

弹塑性力学PPT课件

弹塑性力学PPT课件
可归纳为以下几点： 1．建立求解固体的应力、应变和位移分布规律的 基本方程和理论； 2．给出初等理论无法求解的问题的理论和方法， 以及对初等理论可靠性与精确度的度量； 3．确定和充分发挥一般工程结构物的承载能力， 提高经济效益； 4．为进一步研究工程结构物的强度、振动、稳定 性、断裂等力学问题，奠定必要的理论基础。
◆ 应力的表示及符号规则
正应力： 剪应力： 第一个字母表明该应力作用截面 的外法线方向同哪一个坐标轴相 平行，第二个字母表明该应力的 指向同哪个坐标轴相平行。
.
*
③.应力张量
数学上，在坐标变换时，服从一定坐标变换式 的九个数所定义的量，叫做二阶张量。根据这一定 义，物体内一点处的应力状态可用二阶张量的形式 来表示，并称为应力张量，而各应力分量即为应力 张量的元素，且由剪应力等定理知，应力张量应是 一个对称的二阶张量，简称为应力张量。
以受力物体内某一点（单元体）为研究对象
单元体的受力—— 应力理论； 单元体的变形—— 变形几何理论； 单元体受力与变形 间的关系——本构理 论；
建立起普遍适用的理论与解法。
1、涉及数学理论较复杂，并以其理论与解法的严 密性和普遍适用性为特点； 2、弹塑性力学的工程解答一般认为是精确的； 3、可对初等力学理论解答的精确度和可靠进行度 量。
.
*
①、应力的概念: 受力物体内某点某截面上内力的分布集度
3.应力、应力状态、应力理论
.
*
应力
正应力
剪应力
必须指明两点： 1.是哪一点的应力； 2.是该点哪个微截面的应力。
.
*
②、应力状态的概念：受力物体内某点处所取 无限多截面上的应力情况的总和，就显示和表 明了该点的应力状态
或

!复杂载荷作用下圆柱壳的弹塑性动力屈曲研究

!复杂载荷作用下圆柱壳的弹塑性动力屈曲研究

第22卷　第2期爆炸与冲击V ol.22,N o.2 2002年4月EXP LOSI ON AND SH OCK W AVES Apr.,2002　文章编号:100121455(2002)022*******刘　理,刘土光,张　涛,李天匀(华中理工大学船舶与海洋工程系,湖北武汉　430074) 摘要:对复杂载荷作用下圆柱壳的弹塑性动力屈曲问题进行了研究。

基于Hamilton变分原理导出圆柱壳的运动方程,本构关系采用增量理论,借助增量数值算法求解动力方程组。

结果表明,均匀径向外压对圆柱壳的轴向冲击的过程或冲击性态有较大的影响,并讨论了径向压力与轴向冲击载荷的幅值对结构临界动力屈曲载荷和临界动力失效载荷的影响。

关键词:圆柱壳;复杂载荷;动力屈曲;动力失效Ξ 中图分类号:O347.3 文献标识码:A1　引　言 在工程实际中,如在深水中受爆炸冲击载荷作用的潜艇、在深水中攻击目标的鱼雷、遭受飞行物撞击的原子能反应堆等结构,在承受冲击载荷之前,已经受到了其它类型载荷的作用,因此它们与结构单独承受冲击载荷时的动力性态有较大的差异。

R. C.T ennys on[1]利用实验和计算的方法对飞行器、化学容器、核反应堆容器和导弹等圆柱壳模型在各种联合载荷作用下的弹性静力屈曲问题进行了研究。

王仁、韩铭宝等[2]对轴向冲击弹塑性圆柱壳的屈曲问题进行了研究,提出了第二临界速度。

之后,韩铭宝等[3]进一步考虑了在径向载荷和轴向冲击联合作用下的圆柱壳塑性稳定性问题,认为复杂载荷下的圆柱壳同样存在着两种临界速度。

但是上述的理论分析是基于小变形下进行的,实际上,薄壁圆柱壳在轴向冲击载荷作用下的屈曲问题属于大变形、大应变的范畴,因此有必要对该类问题继续进行深入的研究。

江松青[4]考察了环向加筋圆柱壳在复杂载荷作用下的弹塑性动力屈曲问题,对均匀径向外压与轴向冲击载荷峰值之间的关系进行了定性的讨论,并得到了一些有意义的结论。

在本文中,我们对复杂载荷作用下圆柱壳的弹塑性动力屈曲问题进行了研究。

薄壳结构分析圆柱壳和圆锥壳的受力分析与设计

薄壳结构分析圆柱壳和圆锥壳的受力分析与设计薄壳结构是一种常见的工程结构，具有重要的应用价值。

在工程实践中，圆柱壳和圆锥壳是常见的薄壳结构形式。

本文将针对这两种薄壳结构进行受力分析与设计的探讨。

一、圆柱壳的受力分析与设计1. 圆柱壳的基本概念圆柱壳是由一个平行于母线的曲面和两个平行于轴线的平面所围成的结构形式。

圆柱壳的内外曲面称为壳体，两平面称为壳底。

2. 圆柱壳的受力分析圆柱壳主要受到的力有压力、剪力和弯矩。

在设计圆柱壳时，需对这些作用力进行合理计算与选取。

2.1 压力分析圆柱壳承受的压力主要沿着壳体方向作用，通过壳底传递给基础。

设计时需要考虑圆柱壳的工作环境和受力情况，选择合适的材料和壳体厚度。

2.2 剪力分析剪力主要发生在圆柱壳壳体与壳底的接触面上，主要由基础产生的水平作用力引起。

设计时需考虑到基础的强度和稳定性，确保圆柱壳的稳定性。

2.3 弯矩分析弯矩是圆柱壳在垂直于轴线方向产生的力矩。

设计时需考虑到圆柱壳的荷载情况和弯曲刚度，选择适当的截面形状和材料。

3. 圆柱壳的设计原则在设计圆柱壳时，需要遵循以下原则：3.1 强度原则确保圆柱壳在承受外部荷载时，各个壳体和壳底部分的应力处于安全范围内，避免出现破坏现象。

3.2 稳定性原则保证圆柱壳在受力情况下能够保持稳定，避免产生位移或失稳现象。

3.3 经济性原则通过合理的设计和材料选取，使圆柱壳的制作和施工成本尽量低，达到经济效益最大化。

二、圆锥壳的受力分析与设计1. 圆锥壳的基本概念圆锥壳由一个锥面和两个平行于轴线的平面所围成的结构形式，是一种比圆柱壳更为复杂的薄壳结构。

2. 圆锥壳的受力分析圆锥壳的受力情况与圆柱壳类似，主要是压力、剪力和弯矩。

然而，由于圆锥壳的几何形态不规则，对其进行受力分析和设计时需要更多的考虑。

2.1 压力分析圆锥壳承受的压力分布较为复杂，需要通过数学模型或实验手段进行分析和计算。

2.2 剪力分析圆锥壳的剪力分布不均匀，需考虑壳体的几何形态和局部应力集中的情况，选择合适的剪力设计。

工程弹塑性力学教学课件


实验设备与实验原理介绍
实验设备
弹塑性力学实验中常用的设备包括压力机、拉伸机、压缩机 、弯曲机等。
实验原理
介绍弹塑性力学的基本原理，包括弹性变形和塑性变形的基 本概念、应力应变关系、屈服准则等。
实验操作与数据处理方法介绍
实验操作
详细介绍实验操作步骤，包括试样制备、加载方式选择、数据采集等。
数据处理方法
工程弹塑性力学教学 课件
目录
• 弹塑性力学概述 • 弹塑性力学基础知识 • 弹塑性力学分析方法 • 弹塑性力学在工程中的应用案例 • 弹塑性力学实验与实践教学 • 总结与展望
01 弹塑性力学概述
弹塑性力学定义与分类
弹塑性力学定义
弹塑性力学是研究物体在受力状态下 ，弹性变形和塑性变形相互作用的学 科。
塑性力学的基本方程
包括屈服条件方程、流动法则方程、 强化法则方程等。
弹塑性力学基本原理
弹塑性本构关系
描述材料在弹塑性状态下的应力 应变关系。
弹塑性稳定性理论
研究结构在弹塑性状态下的稳定性 问题。
弹塑性极限分析
确定结构在弹塑性状态下的极限承 载能力。
03 弹塑性力学分析方法
弹性力学分析方法
弹性力学基本原理
弹塑性力学基础知识
02
弹性力学基础知识
弹性力学的基本假设
包括连续性假设、均匀性假设、各向同性假设 等。
弹性力学的基本概念
包括应力、应变、弹性模量等。
弹性力学的基本方程
包括平衡方程、几何方程和物理方程等。
塑性力学基础知识
塑性力学的基本概念
塑性力学的基本应用
包括屈服条件、流动法则、强化法则 等。
包括压力加工、材料强度、结构稳定 性等。

耦合载荷作用下的弹塑性薄壁圆柱壳的动态屈曲分析

耦合载荷作⽤下的弹塑性薄壁圆柱壳的动态屈曲分析耦合载荷作⽤下的弹塑性薄壁圆柱壳的动态屈曲分析⾼晓丹马源（⼤连理⼯⼤学化⼯学院化⼯机械系⼤连116012）xxdan2006@/doc/51699120aaea998fcc220eb2.html摘要：本⽂主要研究了弹塑性圆柱壳在承受径向均布压⼒和扭转冲击载荷耦合作⽤下的动态屈曲问题。

借助ANSYS 有限元⽅法对承受耦合载荷的圆柱壳进⾏⾮线性屈曲模拟计算，数据结果给出了圆柱壳在承受耦合载荷作⽤下的屈曲模态，分析在不同⼤⼩冲击扭转载荷作⽤下对圆柱壳屈曲产⽣的影响。

关键词：弹塑性圆柱壳，耦合，冲击载荷，有限元，动态屈曲Dynamic Bucking analysis of elastic-plastic thin CylindricalShells under coupling loadsXiaodan GAO, Yuan MA(Department of Chemical Machinery, Dalian University of Technology, Dalian, 116024, China)Abstract ：This paper discusses the Elastic-plastic Dynamic Bucking of Cylindrical Shells under the equal radial pressure and the torsion impact load at the same time. The finite Cylindrical Shells are simulated for the dynamic buckling by the means of the finite software ANSYS. The data of the simulated results show the buckling modes of the Cylindrical Shells under the coupling loads. Finally, the effect of the different value of the torsion impact loads to this structure are analyzed .Key words ：elastic-plastic cylindrical Shell，coupling ,impact load, finite element, dynamic buckling1. 引⾔圆柱壳是⼯程中常见的基本结构，它在各类载荷作⽤下的屈曲特性的研究受到了⼈们的⼴泛重视。

壳体屈曲分析

沿周向出现压扁或波纹。 见表2-5
3、影响Pcr的因素： 对于给定外直径Do和厚度t
Pcr与圆柱壳端部约束之间距离和圆柱壳上两个刚性元件 之间距离L有关；
Pcr随着壳体材料的弹性模量E、泊松比μ的增大而增加； 非弹性失稳的Pcr还与材料的屈服点有关。
目的 理论
2.4.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 求 pcr 、 cr 、Lcr
Te——锥壳当量厚度 te t cos
适用于： 60o
pcr

2.2E
t Do
3
长圆筒临界应力：
3
cr

pcr Do 2t

1.1E
t Do

（2-92） （2-93）
注意：2-92，2-93均在 cr 小于比例极限时适用
二、受均布周向外压的短圆筒的临界压力
2.59Et2 pcr LDO DO t
（2-97）
主要内容
2.5.1 概述 2.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 2.5.3 其他回转薄壳的临界压力
一、失稳现象
2.5.1 概述
1、外压容器举例 （1）真空操作容器、减压精馏塔的外壳 （2）用于加热或冷却的夹套容器的内层壳体
2、承受外压壳体失效形式：
强度不足而发生压缩屈服失效
保持原有平衡形态不足而发生 失稳破坏（讨论重点）
同球壳计算，但R用碟形壳中央球壳部分的外半径RO代替
椭球壳： 同碟形壳计算，RO=K1DO
K1见第四 章
锥壳
pcr

2.59E
Le DL

te DL
2.5
（2-106）
注意： Le——锥壳的当量长度；见表2-6 DL——锥壳大端外直径 或锥壳上两刚性元件所 DS——锥壳小端外直径 在处的大小直径
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ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ　ｖａｒｉｅｄ　ｆｒｏｍ　ｎｏｒｍａｌ　ｔｏ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ（３０－１１０ＭＰａ）．Ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｓｓｅｓ　ａｌｓｏ　ｖａｒｉｅｄ　ｆｒｏｍｎｏｒｍａｌ　ｔｏ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ（２７５－６９０ＭＰａ）．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｓ　ｔｈａｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃａｌｌｙ　ｌｏａｄｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｌｕｍｎ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｃｃｅｎ－ｔｒｉｃｉｔｉｅｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｌｕｍｎ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｅｅｌ　ｓｉｚｅｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ，ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｔｅｅｌ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｓｓｅｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｉｎ　ａ　ｐａｒａ－ｍｅｔｒｉｃ　ｓｔｕｄｙ．Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ，ｉｔ　ｉｓ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｗｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ｓｔｒｕｃ－ｔｕｒａｌ　ｓｔｅｅｌ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｆｏｒ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃａｌｌｙ　ｌｏａｄｅｄｃｏｌｕｍｎｓ　ｗｉｔｈ　ｓｍａｌｌ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ　ｏｆ　０．１２５　Ｄ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｆｏｒ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈｅｒ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ　０．３７５　Ｄ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｉｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｔｅｅｌ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｆｏｒ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　７０ＭＰａ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙ－ｓｉｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｕ－ｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｅｕｒｏｃｏｄｅ　４ｆｏｒ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ．Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ，ｉｔ　ｉｓｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＥＣ４ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ　ｔｈｅ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃａｌｌｙｌｏａｄｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ，ｗｈｉｌｅ　ｏｖｅｒｅｓｔｉｍａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｍｏ－ｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｅｎｃａｓｅｄ　ｓｔｅｅｌ；Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ；Ｅｃ－ｃｅｎｔｒｉｃａｌｌｙ　ｌｏａｄｅｄ；Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ；Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ；Ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈ；Ｐｉｎ－ｅｎｄｅｄ；Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｇｎＴｈｉｎ－Ｗａｌｌｅｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１１，４９（１）：５３－６５摘　要：给出了偏心受压下外包混凝土组合钢柱的３维非线性模型。

该组合柱两端铰接，沿主要轴线方向施加一个偏心力。

此偏心率的范围在柱截面总高度的０．１２５～０．３７５之间。

该模型考虑钢、混凝土、纵向和横向钢筋的非弹性性能，以及组合柱中混凝土的约束作用。

考虑了钢与混凝土之间、纵向与横向钢筋之间、钢筋与混凝土之间交界面粘结力，以及不同材料对组合柱抵抗变形所起的作用。

该模型考虑了初始几何缺陷。

已有的试验数据证明了模型的有效性。

混凝土强度等级为３０～１１０ＭＰａ。

钢截面的屈服应力为２７５～６９０ＭＰａ。

通过改变偏心率、柱的尺寸、结构钢尺寸与屈服应力值和混凝土强度，以确定其对偏心受压下组合柱性能的影响。

结果显示，结构钢屈服应力的增加对组合柱强度的影响较大，尤其当柱的偏心率为０．１２５Ｄ时。

当柱的偏心率为０．３７５Ｄ且混凝强度低于７０ＭＰａ时，结构钢屈服强度的变化对柱强度影响较大。

将数值分析所得组合柱的强度与设计规范Ｅｕｒｏｃｏｄｅ　４的计算结果进行比较。

结果表明，Ｅｕｒｏｃｏｄｅ　４准确地计算出偏心组合柱强度，但是估算的弯矩过大。

关键词：混凝土包钢；组合柱；偏心受压；有限元；建模；高强度；铰接；结构设计圆锥形壳的弹塑性屈曲Ｏｎ　Ｅｌａｓｔｉｃ－Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｂｕｃｋｌｉｎｇ　ｏｆ　ＣｏｎｅｓＪ．Ｂ　Ｌ／ａｃｈｕｔＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ　ｔｈｅ　ｂｕｃｋｌｉｎｇ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ，ａｎｄ　ｒｅｌ－ａｔｉｖｅｌｙ　ｔｈｉｃｋ，ｍｉｌｄ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｎｉｃａｌ　ｓｈｅｌｌｓ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｍ－ｂｉｎｅｄ　ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｐａｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｎ　ａｘｉａｌｌｙ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｅｓ　ａｎｄ　ｏｎ　ｃｏｎｅｓ　ｓｕｂ－ｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈｆｒｅｓｈ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｎ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ，ａｘｉａｌｌｙ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｈｙ－ｄｒｏｓｔａｔｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｎｔａｉｎｓ　ｂｏｔｈ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｄｅｔａｉｌｓ　ａｂｏｕｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｕｔｅｄ　ｅｓｔｉｍａｔｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｃａ－ｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｓｈｅｌｌｓ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙｓｕｇｇｅｓｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ　ｉｓ　ｎｏｔ　ａｐｐｌｉ－ｃａｂｌｅ　ｔｏ　ｓｈｏｒｔ　ｍａｓｔｅｒ－ｃｏｎｅｓ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｐｌｏｔｓ　ｈａｖｅａｌｓｏ　ｂｅｅｎ　ｄｅｒｉｖｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍａｓｔｅｒ－ｃｏｎｅ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｙｌｉｎ－ｄｅｒｓ．Ｔｈｅｙ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｅｎｖｅｌｏｐｅｓ　ｂｕｔ　ａｌｓｏｔｈｅ　ｙｉｅｌｄ　ｅｎｖｅｌｏｐｅｓ　ａｎｄ　ｓｐｒｅａｄ　ｏｆ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｚｏｎｅｓ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒａｌｓｏ　ｂｒｉｎｇｓ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ａ　ｕｓｅｆｕｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｏｏｌ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｂｙＥｓｓｌｉｎｇｅｒ　ａｎｄ　ｖａｎ　Ｉｍｐｅ，ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ｔｏ　ｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃｂｕｃｋｌｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｎｅｓ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ　ｐｒｅｓ－ｓｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｉｃａｌ　ｓｈｅｌｌｓ；Ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ；Ａｘｉａｌ　ｃｏｍ－ｐｒｅｓｓｉｏｎ；Ｂｕｃｋｌｉｎｇ；Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙＴｈｉｎ－Ｗａｌｌｅｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１１，４９（１）：４５－５２摘　要：在外部和轴向压力共同作用下，进行短、薄壁、低碳圆锥形钢壳的屈曲分析。

将试验得到的等效圆柱形钢壳在轴压和表面压力下的屈曲结果与已有的圆锥钢壳在轴压和表面压力下的屈曲结果进行了对比。

给出了数值和试验结果，以及试验、数值模型及承载能力的计算过程。

研究结果表明，等效圆柱形钢壳的概念对于低度规圆锥并不适用。

得到了关于高度规圆锥形壳和其等效圆柱形壳的稳定曲线。

这些曲线不仅提供了强度包络，也得到了屈服包络和塑性区。

研究优化了由Ｅｓｓｌｉｎｇｅｒ和ｖａｎ　Ｉｍ－ｐｅ提出的设计工具，使之适用于外部压强下圆锥形壳的弹塑性屈曲分析。

７７Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１１（２），Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１４３钢结构　２０１１年第２期第２６卷总第１４３期　关键词：圆锥形壳；外压力；轴向压力；屈曲；稳定受压轻型钢－加气混凝土－钢组合墙体的结构性能Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＳｔｅｅｌ－Ｆｏａｍｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ－Ｓｔｅｅｌ　ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＷａｌｌｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｕｎｄｅｒ　ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＭｄ　Ａｚｒｅｅ　Ｏｔｈｕｍａｎ　Ｍｙｄｉｎ　ａｎｄ　Ｙ．Ｃ．ＷａｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　ａｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐａｎｅｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｏｕｔｅｒ　ｓｋｉｎｓ　ｏｆｐｒｏｆｉｌｅｄ　ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ　ｆｏａｍｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＬＦＣ）ｃｏｒｅ　ｕｎｄｅｒ　ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｇｒｏｓｓ　ｄｉ－ｍｅｎｓｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ　ｗｅｒｅ　４００ｍｍ×４００ｍｍ×１００ｍｍ．Ａ　ｔｏｔａｌ　ｏｆ　１２ｔｅｓｔｓ　ｗｅｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ，ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆｔｗｏ　ｄｕｐｌｉｃａｔｅｓ　ｏｆ　６ｖａｒｉａｎｔｓ　ｗｈｉｃｈ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄ　ｂｙｔｗｏ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔｉｎｇ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ（０．４ｍｍ　ａｎｄ　０．８ｍｍ）ａｎｄｔｈｒｅｅ　ｅｄｇｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｅｅｔｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ＬＦＣｗａｓ　１　０００ｋｇ／ｍ３．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ，ｍａｘｉｍｕｍ　ｌｏａｄｓ　ａｎｄ　ｌｏａｄ－ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｓｔｒａｉｎ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ．Ｉｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｆｕｌｌ　ｂｏｎｄ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎ－ｃｒｅｔｅ　ｃｏｒｅ　ｗａｓ　ａｓｓｕｍｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ＬＦＣ　ｗａｓ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｅｆｆｅｃ－ｔｉｖｅ　ｉｎ　ｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇ　ｉｎｗａｒｄ　ｂｕｃｋｌｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔｓ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔｓ，ｔｈｅ　ｌｏａｄｃａｒｒｙｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄｔｈａｔ　ａ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｕｙ　ａｎｄ　Ｂｒａｄｆｏｒｄ　ｐｌａｔｅ　ｌｏｃａｌ　ｂｕｃｋ－ｌｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｌｉａｎｇ　ａｎｄ　Ｕｙ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｗｉｄｔｈ　ｆｏｒ－ｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎ　ｇｏｏｄ　ａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｓｔｕｄｙｗａｓ　ｕｎｄｅｒｔａｋｅｎ　ｔｏ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｉｍｉｔ　ｏｆｔｈｉｓ　ｎｅｗ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｗａｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｌｏｗ　ｒｉｓｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃ－ｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｗａｌｌｉｎｇ；Ｓａｎｄｗｉｃｈ　ｐａｎｅｌ；Ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ；Ｆｏａｍｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；Ｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇ　ｗａｌｌＴｈｉｎ－Ｗａｌｌｅｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１１，４９（１）：６６－７６摘　要：由试验结果和分析结果介绍了一种由２层薄壁钢板中夹轻质加气混凝土（ＬＦＣ）组成的墙体结构在轴向压力作用下的结构性能。