薄壁结构的动力与稳定分析

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本文从一般杆件的横向振动理论出发,讨论了Bernoulli—Euler杆件和Timoshenko杆件的力学性能差异,分析了考虑转动惯量和剪切变形影响。通过对数值算例的计算,对Bernoulli—Euler杆件元和Timoshenko杆件元的精度进行了分析。 介绍了薄壁杆件的基础理论,根据薄壁截面任意一点的位移函数,运用能量变分法推导出了Bernoulli—Euler薄壁杆件动力微分方程组,以相同的方法,考虑剪切效应的影响,推导出了Timoshenko薄壁杆件动力微分方程组,然后运用降次法将双向弯曲、扭转耦合的动力微分方程组改写成一个6次的多项式方程,以频率扫描法找出满足位移边界条件矩阵行列式的根,以此确定Bernotllli—Euler薄壁杆件和Timoshenko薄壁杆件的频率和振型,以同一跨高比的薄壁杆件为算例,分析了两种理论计算和两种杆件单元的有限元前5阶的振动特性,又以不同跨高比的薄壁杆件为算例,讨论了剪切效应随着跨高比的变化对薄壁杆件计算产生的影响。 利用Bernotllli-Euler薄壁杆件动力微分方程组,加入了轴向荷载的影响,使其成为求解稳定特征值方程,即以动力法求解薄壁结构的稳定问题,运用降次法将双向弯曲、扭转耦合的动力微分方程组改写成一个6次的多项式方程,给定一个接近于零的自振频率,以改变轴向荷载大小扫描法找出满足位移边界条件矩阵行列式的根,以此确定Bernoulli—Euler薄壁杆件特征稳定临界力,通过算例验证,证明了稳定临界力收敛的可行性,并比较了其与有限元计算结果之间的差异。
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