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大口径螺旋钢管的线性理论

浏览:130 发表时间:2020-06-22 15:43:13

  大口径螺旋钢管杆的轴压失稳,当轴向压力作用线沿理想直杆的轴线时就属于这种状态,但这种状态往往难以做到。极值点失稳极值点失稳没有明显的分支点,但有极值点,即当受一个最大载荷时,结构发生较大的变形,致使结构屈曲。这种状态往往难以防备」瞬间发生严重破坏。分支点与极值点都称为临界点,相应的荷载称为临界荷载(P)。一般的工程结构难免存在加工、意外碰撞等这样那样的缺陷,荷载也大都是非理想状态,是不完善结构,所以工程中极值点失稳较多。本书研究的地下压力钢管即属于此类状态。在结构设计中强度要求是基本的,但稳定性要求更为重要,这是因为稳定性破坏往往有突发性,随着材料科学的飞速发展,高强度材枓应用于工程设计越来越多,为节省材料减轻重量使得结构制造得相对越来越细长、越来越薄的可能性更大,所以也更容易失稳,因此结构稳定性问題对工程设计尤其是对大型细长和薄壁结构显得越来越重要。

  但理论值与实验值相差仍旧很大,这一经典问题后来已经明确:主要在于超临界后屈曲状态存在一种对应于最低荷载的平衡位移,这种后屈曲位移在这低于临界的情况下存在,其结果就是使轴压圆柱形薄壳和均匀外压薄球壳对任何微小扰动和初始几何缺陷都显得非常敏感,他认为圆柱壳的线性理论把壳体失稳前的平衡状态假定为无矩状态不合理,和边界条件不协调,应把屈曲前的平衡状态当作非线性有矩状态,使其和边界条件一致。这一理论比线性理论低百分之十几,与当代试验值十分接近非线性大变形理论和斯坦因前屈曲一致理论所考虑的都是针对完善结构,是没有初始缺陷的理想结构,柯依托的初始后屈曲理论能够考虑初始缺陷的因素对屈曲荷载的影响,并提出了初始缺陷敏感度的概念。这一概念意义非凡,因为实际结构难免存在初始几何缺陷因素,

  水电站大型压力大口径螺旋钢管钢管就是如此,椭圆度或外裹混凝土的脱离裂隙,都在一定程度上形成了初始缺陷因素。因此,这一点也是本书重点研究的问题之一。本书在理论研究、实验研究里都着重研究了这一点,因为这是压力管道失稳的主要潜在诱因之20世纪80年代沈惠中等提出了薄壳屈曲的边界层理论,他们认为非线性前屈曲仅在支承边界附近很窄的一个薄层内起作用,挠度变化很剧烈,这薄层叫边界层,而边界层之外非线性前屈曲可以忽略。这一理论顾及了前屈曲非线性效应、后屈曲跳跃和初始缺陷,并将Karman- Donnel大挠度方程化成边界层型方程,以挠度为摄动参数,采用奇异摄动法研究了圆板壳在各种存在下的前屈曲和后屈曲行为,这一理论成果具有重要意义同时不可忽视塑性屈曲,屈曲破坏使大多数壳体都发生塑性变形其原因在于壳体经常有一个非常小的后屈曲负荷能力。只是在水工大口径螺旋钢管压力管道稳定性问題上,发生弹性失稳进而发生屈曲破坏的情况吏大程度上在工程中出现,不允许寄希望弹性失稳后管道会继续恢复到正常的安全状态。非线性弹性失稳理所当然成了这些重大工程的大型薄壁结构的稳定性控制关口,工程事故调查及实验观测都证明了这一点鉴于此,本书将研究压力管道稳定性问题定位于“非线性弹性失稳”问题題,这既回避了物理非线性的繁重干扰,又将安全储备强化,对于重大的水利工程来说,很有必要当然,随着工程科学、材料科学、力学及计算科学的不断进步稳定性理论和非线性理论越来越不可分,只有通过对结构的几何非线性、物理非线性甚至按接触非线性的进一步研究才能更科学地揭示复杂的失稳屈曲现象。囿于本书研究的只体问题重点在理论、计算与试验方面,对具有初始几何缺陷的压力管道进行几何非线性问题的研究。



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