[科普中國(guó)]-航天器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

航天器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指航天器結(jié)構(gòu)在使用環(huán)境中的外力載荷下不產(chǎn)生屈曲變形而喪失強(qiáng)度的能力。由于要求質(zhì)量小，在航天器結(jié)構(gòu)中廣泛采用高強(qiáng)度合金和復(fù)合材料制成的薄壁和層板形式。在外力載荷作用下，結(jié)構(gòu)元件中會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力。

簡(jiǎn)介航天器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指航天器結(jié)構(gòu)在使用環(huán)境中的外力載荷下不產(chǎn)生屈曲變形而喪失強(qiáng)度的能力1。

原理由于要求質(zhì)量小，在航天器結(jié)構(gòu)中廣泛采用高強(qiáng)度合金和復(fù)合材料制成的薄壁和層板形式。在外力載荷作用下，結(jié)構(gòu)元件中會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力。在這種情況下，有壓應(yīng)力的區(qū)域便可能逐漸或突然出現(xiàn)明顯偏離原來形狀的屈曲變形，這時(shí)的載荷叫屈曲臨界載荷1。

屈曲臨界載荷線彈性小變形情況下的臨界載荷，可通過結(jié)構(gòu)有限元模型在使用載荷下的特征值分析求得，一般用半經(jīng)驗(yàn)公式和大型有限元程序來計(jì)算。這種臨界載荷數(shù)值與材料的彈性模量成工比；金屬材料塑性的屈服點(diǎn)往往表示材料彈性模量的急劇下降，在超過屈服點(diǎn)的壓應(yīng)力區(qū)會(huì)出現(xiàn)逐漸明顯增大的屈曲變形，可以用非線性方法來計(jì)算1。

彈性屈曲彈性屈曲可按其影響范圍分為局部屈曲和總體屈曲。局部屈曲是結(jié)構(gòu)的部分元件出現(xiàn)變形經(jīng)過內(nèi)力重新分配后結(jié)構(gòu)仍能承受所加載荷，卸載后局部變形可消除?？傮w屈曲要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大變形而失去承載能力。有些情況下總體屈曲可能由于局部屈曲時(shí)載荷不能重新分配而引發(fā)。對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)必須有相應(yīng)的試驗(yàn)來驗(yàn)證其穩(wěn)定性。選擇合理的加筋形式和尺寸，考慮內(nèi)壓支持和保證加工精度是提高薄壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效措施1。

加筋柱殼研究現(xiàn)狀加筋柱殼結(jié)構(gòu)在工程領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量研究，主要集中在以下方面：

（1）加筋柱殼穩(wěn)定性的分析方法，包括理論法、有限元法、實(shí)驗(yàn)法；

（2）加筋柱殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；

（3）新型加筋結(jié)構(gòu)的研究，包括多級(jí)加筋結(jié)構(gòu)、曲線加筋結(jié)構(gòu)等1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所