易拉罐在轴侧扭内压联合作用下的屈曲地貌.pdf

第 53 卷 第 2 期 力 学 学 报 Vol. 53, No. 2
2021 年 2 月 Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics Feb., 2021
固体力学
易拉罐在轴−侧−扭−内压联合作用下的屈曲地貌
宋广凯 ∗ 孙博华 ∗,†,1)
∗(西安建筑科技大学土木工程学院和力学技术研究院, 西安 710055)
†(宁波大学力学与机械工程学院, 浙江宁波 315211)
摘要 柱壳结构广泛应用于各个领域, 但由于其对初始缺陷较为敏感, 容易发生灾难性的屈曲失稳. 本文利用非
线性有限元分析程序 ABAQUS 研究了柱壳屈曲问题, 并应用到了易拉罐的屈曲分析. 首先采用数值模拟的方法
验证了 Virot 等学者的易拉罐屈曲试验结果, 然后为了获得屈曲的一些普适结果, 进一步考察了柱壳的屈曲表现.
对柱壳结构在不同载荷组合、不同几何参数作用下进行了细致分析. 为了讨论的直观, 本文绘制了柱壳结构在受
到侧压−轴压载荷作用下外力−屈曲载荷−位移三维屈曲地貌图 (称为 landscape). 结果表明: 在侧压−轴压−扭
转载荷作用下, 试件力−位移曲线出现了 “cliff”(断崖) 现象; 扭转载荷的施加不利于试件整体稳定性, 并造成了
试件对初始缺陷的敏感性; 对于受到轴压−扭转载荷作用的试件, 本文定义承载力为零的平面为 “sea level”(海平
面) 来区分试件破坏模式; 通过对不同边界条件的试件进行分析, 发现试件两端固定可以有效地增加结构的承载
能力, 提高稳定性. 对柱壳结构内部充气可以大幅度提升结构的承载能力和稳定性, 减小对初始缺陷的敏感度.
关键词 柱壳, 屈曲, 屈曲地貌, 易拉罐, 有限元分析
中图分类号: O342 文献标识码: A doi: -1879-20-315
BUCKLING LANDSCAPE OF CAN UNDER THE COMBINDE ACTION OF AXIAL
COMPRESSION-TORSION-LATERAL POKING-INTERNAL PRESSURE
Song Guangkai∗ Sun Bohua∗,†,1)
∗(College of Civil Engineering & Institute of Mechanics and Technology, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China)
†(Faculty of Mechanical Engineering & Mechanics, Ningbo University, Ningbo 315211, Zhejiang, China)
Abstract The cylindrical shell structure ha