,152 北京科技大学学报 第31卷 之后，当荷载继续加大，曲线斜率大幅减少，基本呈 特征 现出荷载不变、位移加大的结构失稳前的共同力学 00.0897500.1795000.2692490.358999 00.1062840.2125680.3188510.425135 0.0048750.1346250.2243740.3141240.403874 0.0531420.1594260.26571003719930.478277 图4非线性和线性分析变形比较.()一阶特征值屈曲模态云图：(b)几何非线性开孔上边界失稳变形云图 Fig.4 Difference between liner and nonlinear analysis:(a)first-order mode of eigen value buckling:(b)geometrically nonlinear buckling deforma- tion of opening upper boundary 300r 300r (a) 250 B (b) 250 6 200 150 100 100 % 50 0% 0.10.20.30.40.50.60.7 00 3 56 位移m 位移/cm 图5计算模型的荷载一位移全过程响应，()开口上边界中点径向位移；(b)开口上边界节点轴向位移 Fig.5 Load-displacement response of the calculating model:(a)radial node displacement of the center point of opening upper boundary:(b)axial node displacement of the center point of opening upper boundary 图4(a)是特征值屈曲分析所得的第一阶特征 值屈曲模态，所得特征值临界屈曲荷载值为 80.2kNm-1,接近于图5非线性分析中荷载一位移 曲线上第一个拐点A,数值远低于非线性计算得出 的临界荷载.对于长细比较大的圆柱壳结构，大开 孔的存在，大大削弱了结构的稳定性，图4(b)为几 何非线性失稳变形云图，对应图5(a)中开孔上边界 中点径向位移曲线的拐点C.如图6所示，壳体最 大变形发生在开孔上边界中点处，远离开孔的大部 0,476611-0.340539-0.20446800683960067675 分区域也出现了较大的变形，表明结构从局部屈曲 -0408575-02723040.136432-0360×1030135711 转向整体屈曲失稳的破坏特征， 图6圆柱壳结构整体失稳变形图 综上所述，可以总结矩形大开孔圆柱壳在轴压 Fig.6 Buckling deformation of cylindrical shell structure 下的承载过程：开孔的纵向边界首先产生平面外变 形，改变开孔附近的应力分布，其后开孔上角点出现 破坏 应力集中，开孔边界出现局部屈曲；然后，随着荷载 4几何参数对计算模型屈曲的影响 的继续增大，开孔上边界中点处应力和变形均发展 较快，随后变形出现短暂回落，荷载继续增大，变形 轴压作用下矩形大开孔壳体首先发生开孔附近 回升，大变形区向开孔外侧扩展，直至发生整体屈曲 的局部屈曲，平面内应力和平面外变形进而引发结之后‚当荷载继续加大‚曲线斜率大幅减少‚基本呈 现出荷载不变、位移加大的结构失稳前的共同力学 特征． 图4 非线性和线性分析变形比较．（a） 一阶特征值屈曲模态云图；（b）几何非线性开孔上边界失稳变形云图 Fig．4 Difference between liner and nonlinear analysis：（a） first-order mode of eigen value buckling；（b） geometrically nonlinear buckling deforma￾tion of opening upper boundary 图5 计算模型的荷载—位移全过程响应．（a） 开口上边界中点径向位移；（b） 开口上边界节点轴向位移 Fig．5 Load-displacement response of the calculating model：（a） radial node displacement of the center point of opening upper boundary；（b） axial node displacement of the center point of opening upper boundary 图4（a）是特征值屈曲分析所得的第一阶特征 值屈 曲 模 态‚所 得 特 征 值 临 界 屈 曲 荷 载 值 为 80∙2kN·m —1‚接近于图5非线性分析中荷载—位移 曲线上第一个拐点 A‚数值远低于非线性计算得出 的临界荷载．对于长细比较大的圆柱壳结构‚大开 孔的存在‚大大削弱了结构的稳定性．图4（b）为几 何非线性失稳变形云图‚对应图5（a）中开孔上边界 中点径向位移曲线的拐点 C．如图6所示‚壳体最 大变形发生在开孔上边界中点处‚远离开孔的大部 分区域也出现了较大的变形‚表明结构从局部屈曲 转向整体屈曲失稳的破坏特征． 综上所述‚可以总结矩形大开孔圆柱壳在轴压 下的承载过程：开孔的纵向边界首先产生平面外变 形‚改变开孔附近的应力分布‚其后开孔上角点出现 应力集中‚开孔边界出现局部屈曲；然后‚随着荷载 的继续增大‚开孔上边界中点处应力和变形均发展 较快‚随后变形出现短暂回落‚荷载继续增大‚变形 回升‚大变形区向开孔外侧扩展‚直至发生整体屈曲 图6 圆柱壳结构整体失稳变形图 Fig．6 Buckling deformation of cylindrical shell structure 破坏． 4 几何参数对计算模型屈曲的影响 轴压作用下矩形大开孔壳体首先发生开孔附近 的局部屈曲‚平面内应力和平面外变形进而引发结 ·152· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷