軸壓開口圓柱薄殼屈曲分析與試驗(yàn)

張展智 趙國偉 黃 海 黃承靜

(北京航空航天大學(xué) 宇航學(xué)院，北京100191)

開口圓柱薄殼結(jié)構(gòu)在航空航天以及其他領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，如DODGE衛(wèi)星的重力梯度桿、Apollo-15中使用的伸展臂、哈勃望遠(yuǎn)鏡的太陽電池帆板支撐桿等，均采用了以開口圓柱薄殼結(jié)構(gòu)為基本構(gòu)型的伸展機(jī)構(gòu)(STEM，Storable Tubular Extendable Member)［1－3］.在這類應(yīng)用中，開口圓柱薄殼結(jié)構(gòu)通常只能使用鈹青銅材料(QBe2)或碳纖維復(fù)合材料(CFRP)，且往往處于兩端固支的條件下并需要承受軸向壓力的作用，而較大的長徑比和徑厚比使其容易發(fā)生屈曲而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，因此，軸壓開口圓柱薄殼在兩端固支條件下的穩(wěn)定性是值得工程人員關(guān)注的重要問題之一.

針對(duì)圓柱殼體受軸壓作用時(shí)的穩(wěn)定性，已經(jīng)形成了諸多理論，如非線性跳躍理論、缺陷理論、初始后屈曲理論、邊界層理論等［4－8］.但是，由于開口情況下沿殼體軸向的兩條邊完全自由，因此很難得到其屈曲載荷的閉合解，這很大程度限制了開口圓柱薄殼的穩(wěn)定性研究.參考文獻(xiàn)［9］最先采用數(shù)值方法求解了小撓度假設(shè)下的殼體屈曲方程，得到了軸壓開口圓柱薄殼的屈曲載荷.此后，文獻(xiàn)［10］又采用大撓度假設(shè)對(duì)該問題進(jìn)行求解.文獻(xiàn)［11］對(duì)扇角θ為82°的開口圓柱薄殼進(jìn)行軸向壓縮試驗(yàn)，得到了小撓度假設(shè)下的數(shù)值解更接近真實(shí)屈曲載荷的結(jié)論.文獻(xiàn)［12］將上述理論方法推廣至正交各項(xiàng)異性層合殼，同時(shí)考慮了軸向壓力、剪力、彎矩的共同作用.文獻(xiàn)［13］通過Galerkin方法求解屈曲基本方程，建……