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圆柱壳结构开孔问题的研究

郜婕  
【摘要】:本文从Donnell圆柱壳控制方程出发,在陈学潮《最小二乘配点法分析圆柱壳开孔的应力集中》的基础上,采用加权残值法中的最小二乘配点法,对于开有圆孔的圆柱壳在轴向拉伸荷载或封闭内压作用下的应力集中问题进行了分析研究,编制了计算机程序,给出了开孔率r_0/R≤0.6的数值解。并将所得结果与解析解及ANSYS计算结果进行了比较,得到了较为精确的结果,验证了算法的可行性及程序的通用性。取不同的开孔率和不同的泊松比,对开孔圆柱壳进行了分析计算。同时对于轴向拉伸荷载作用下的开有加强孔的圆柱壳进行了程序计算,并将其与非加强孔的解进行了比较。得出了如下结论: (1) 对于一般孔: ① 在自由孔口条件下,孔口应力集中系数与壳体的半径厚度之比R/t以及壳体的曲率参数α= r_0/Rt(1/2)有关; ② 泊松比μ对孔边应力集中因子的影响不大; ③ 解答的精度和收敛的速度很大程度上取决于所选的试函数; ④ 本文适用于开孔率r_0/R≤1/2圆柱壳求解。 (2) 对于加强孔: ① 孔口最大膜应力集中系数显著降低,并且随着开孔率的增大,降低的幅度越大,膜应力集中系数沿孔边分布变化趋势平缓; ② 在r方向上,随着距离孔口越来越远,最大膜应力集中系数的降低趋于平缓。 本文为计算开孔圆柱壳的应力集中系数提供了较为简便的数值算法,具有实际意义。


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