結(jié)構(gòu)塑性極限與安定分析理論及工程方法

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展觀的深入人心，現(xiàn)代工業(yè)不僅對(duì)工程結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性提出了更高的要求，而且也期望盡可能發(fā)掘材料的承載潛力，充分利用其塑性特性，減少材料消耗。由于塑性極限與安定分析理論對(duì)于加強(qiáng)結(jié)構(gòu)安全和降低其成本，具有重要的理論意義和實(shí)用的工程價(jià)值，因此它有著廣泛的應(yīng)用前景，在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全評(píng)定技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中起著愈來(lái)愈重要的作用。極限與安定分析理論自20世紀(jì)30年代被提出以來(lái)，不斷有新的發(fā)展，并為工程界所矚目。尤其是20世紀(jì)50年代到80年代，不少中外學(xué)者應(yīng)用結(jié)構(gòu)塑性極限與安定分析的基本原理，針對(duì)梁、鋼架、軸對(duì)稱(chēng)板殼等結(jié)構(gòu)，給出了一系列確定極限與安定荷載完全解的解析方法，對(duì)完善該理論做出了重要貢獻(xiàn)。由中國(guó)建筑工業(yè)出版社于1985年出版的《結(jié)構(gòu)塑性極限分析》一書(shū)，集中反映了這個(gè)時(shí)期所取得的創(chuàng)新性成果，是國(guó)內(nèi)一部系統(tǒng)介紹塑性極限理論的專(zhuān)著。然而，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值方法的快速發(fā)展，作為一種工程分析與設(shè)計(jì)的工具，極限與安定分析理論遠(yuǎn)沒(méi)有與其價(jià)值相稱(chēng)地普及應(yīng)用。其主要原因是：該理論的應(yīng)用研究還不夠充分，許多研究成果只具有理論意義，計(jì)算規(guī)模和工作量很大，一進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，就顯出巨大的困難；另一方面，由于數(shù)值方法計(jì)算結(jié)果的離散性、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和處理量巨大以及各變量之間影響關(guān)系不明確等特點(diǎn)，應(yīng)用其解決系列工程問(wèn)題更為困難。到目前為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者僅解決了一些比較典型的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的極限與安定分析問(wèn)題，而對(duì)于復(fù)雜工程實(shí)際結(jié)構(gòu)還是難以求解。因此，研究和建立一般工程結(jié)構(gòu)極限與安定分析的高效數(shù)值算法和通用工程方法，已成為該理論能否實(shí)際工程應(yīng)用，并發(fā)揮其巨大作用的關(guān)鍵和難點(diǎn)，也是此前亟待攻克的前沿課題。

內(nèi)容概要

本書(shū)是一部關(guān)于塑性力學(xué)的極限與安定分析理論及工程方法的著作。作者力求通過(guò)本書(shū)告訴讀者應(yīng)用極限與安定分析理論解決系列工程問(wèn)題的一般方法和過(guò)程。書(shū)中介紹了作者近20年來(lái)在這一領(lǐng)域的系統(tǒng)性研究成果 ——彈塑性結(jié)構(gòu)極限與安定分析數(shù)值理論及其在壓力容器與壓力管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)和安全評(píng)定等方面的工程應(yīng)用。全書(shū)共分三篇十五章，其中第一篇簡(jiǎn)要闡述極限與安定分析的基本任務(wù)與工程背景、基本理淪與解析方法；第二篇重點(diǎn)介紹各種先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法和實(shí)用的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法；第三篇突出展示典型、成功的工程應(yīng)用案例，并總結(jié)凝煉出工程應(yīng)用的一般方法。    這些成果既有理論創(chuàng)新和發(fā)展，又解決了工程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，形成較為完整和一般通用的應(yīng)用理論體系，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。    本書(shū)可供力學(xué)、機(jī)械、材料、能源、化工、冶金、航空、核技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員及高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生參考。

書(shū)籍目錄

序前言第一篇 基礎(chǔ)理論與解析方法　第一章 緒論　　1.1 引言　　1.2 基礎(chǔ)理論　　　1.2.1 極限分析理論　　　1.2.2 安定分析理論　　1.3 分析方法及應(yīng)用　　　1.3.1 極限分析的基本方法　　　1.3.2 安定分析的基本方法　　　1.3.3 極限與安定分析方法的應(yīng)用　　1.4 發(fā)展趨勢(shì)　　　1.4.1 極限分析　　　1.4.2 安定分析　　1.5 工程應(yīng)用的迫切需求　　1.6 本書(shū)主要內(nèi)容　　參考文獻(xiàn)　第二章 極限與安定分析的基本理論　　2.1 極限分析的基本理論　　　2.1.1 塑性極限分析的任務(wù)和假設(shè)　　　2.1.2 塑性材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線(xiàn)及其簡(jiǎn)化模型　　　2.1.3 極限狀態(tài)下應(yīng)力和應(yīng)變率的特點(diǎn)　　　2.1.4 塑性極限分析的基本原理和方法　　　2.1.5 上、下限定理的推論　　　2.1.6 多組獨(dú)立外載的情況　　　2.1.7 存在間斷場(chǎng)情況下載荷因子的計(jì)算　　2.2 安定分析的基本理論　　　2.2.1 安定問(wèn)題的提法與任務(wù)　　　2.2.2 假設(shè)及簡(jiǎn)化處理　　　2.2.3 殘余應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)的基本性質(zhì)　　　2.2.4 安定定理　　參考文獻(xiàn)　第三章 典型結(jié)構(gòu)極限與安定分析的解析方法　　3.1 梁和剛架　　　3.1.1 梁和剛架極限分析中的上、下限定理　　　3.1.2 上限法和下限法　　　3.1.3 應(yīng)用實(shí)例　　3.2 板　　　3.2.1 圓板的基本方程　　　3.2.2 實(shí)例分析　　3.3 薄殼　　　3.3.1 基本假設(shè)　　　3.3.2 旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱(chēng)夾層殼的極限條件　　　3.3.3 夾層球殼的極限分析　　3.4 壓力管道管件極限載荷的解析解　　　3.4.1 復(fù)雜載荷下無(wú)缺陷彎管的塑性極限載荷　　　3.4.2 焊制三通塑性極限荷載的工程分析　　3.5 其他典型結(jié)構(gòu)極限與安定分析解析解　　參考文獻(xiàn)第二篇 數(shù)值理論與實(shí)驗(yàn)方法　第四章 確定極限載荷的彈塑性增量分析原理　　4.1 確定極限載荷的方法　　4.2 增量彈塑性有限元　　　……　第五章 極限與安定下限分析的數(shù)值計(jì)算方法　第六章 極限與安定上限分析的數(shù)值計(jì)算方法　第七章 多種數(shù)值計(jì)算方法的主要特點(diǎn)與應(yīng)用范圍　第八章 極限載荷的試驗(yàn)測(cè)試方法第三篇 一般工程方法與典型應(yīng)用案例　第九章 工程應(yīng)用的一般方法　第十章 含凹坑缺陷壓力容器塑性極限與安定分析　第十一章 含局部減薄壓力管道塑性極限分析　第十二章 壓力管道彎頭塑性極限分析　第十三章 壓力容器大開(kāi)孔接管和壓力管道三通塑性極限分析　第十四章 薄壁圓筒殼雙軸熱棘輪效應(yīng)　第十五章 典型結(jié)構(gòu)塑性極限與安定分析載荷及彈塑性應(yīng)力圖譜附錄 典型結(jié)構(gòu)塑性極限與安定分析的解析解

章節(jié)摘錄

插圖：2）Koiter定理（或安定上限定理）可敘述為：如果存在一個(gè)機(jī)動(dòng)容許的塑性應(yīng)變率循環(huán)，能使反復(fù)加載過(guò)程中載荷在其上所做的外力功大于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的塑性耗散功，則結(jié)構(gòu)不安定。在利用Koiter定理求解安定問(wèn)題時(shí)，需要建立機(jī)動(dòng)容許的塑性應(yīng)變率循環(huán)。在安定分析中使用上限法的主要困難在于選取機(jī)動(dòng)容許的塑性應(yīng)變率場(chǎng)和處理時(shí)間積分。3）在經(jīng)典的安定理論中，采用了以下基本假設(shè)：①理想塑性材料，不考慮強(qiáng)化和軟化效應(yīng)；②小變形，不考慮幾何效應(yīng)；③材料服從Drucker公設(shè)，即屈服面是外凸的，而且塑性應(yīng)變率與屈服面的外法線(xiàn)方向重合；④彈性模量是常數(shù)，并且溫度不影響材料的性質(zhì)；⑤準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，即加載過(guò)程緩慢，沒(méi)有動(dòng)力效應(yīng)；⑥忽略與時(shí)間有關(guān)的因素（如速度敏感性、蠕變等）。極限與安定分析的上、下限定理具有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其中下限定理適用于結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)和安全評(píng)定，上限定理則適用于塑性壓力加工和巖土工程。通過(guò)利用上、下限定理，可以直接獲得結(jié)構(gòu)極限與安定載荷的上限和下限，真實(shí)的極限與安定載荷位于上、下限解之間。如果一個(gè)載荷既是上限，又是下限，那么這個(gè)載荷滿(mǎn)足極限與安定分析理論的全部條件，稱(chēng)為極限與安定分析的完全解。

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