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上篇 圆柱薄壳容器的振动3

第1章 薄壳贮液容器振动问题的基本方程3

1.1 壳体基本方程3

1.1.1 正交曲线坐标系3

1.1.2 正交曲线坐标系中的弹性力学几何关系5

1.1.3 薄壳的基本假设6

1.1.4 薄壳的正交曲线坐标6

1.1.5 薄壳的几何方程8

1.1.6 薄壳的物理方程10

1.1.7 壳体的平衡微分方程13

1.1.8 壳体的边界条件14

1.1.9 圆柱薄壳基本控制方程及在法向荷载下的弯曲16

1.2 流体运动基本方程18

1.2.1 连续性方程18

1.2.2 运动方程20

1.2.3 势流问题21

1.2.4 初始条件22

1.2.5 边界条件22

第2章 圆柱薄壳振动问题的级数解法23

2.1 圆柱薄壳振动问题的基本方程23

2.2 正交函数系24

2.3 正交函数展开法解圆柱薄壳振动特征值问题26

第3章 短圆柱形弹性贮液容器的自振特性分析及基频近似计算32

3.1 概述32

3.2 基于剪切梁变形理论的圆柱形贮液容器的自由振动方程33

3.2.1 无液体时的自振频率与振型33

3.2.2 有液体时的自振频率与振型35

3.3 数值算例38

3.4 关于流固耦合效应的讨论45

3.5 圆柱形弹性贮液容器基频的近似计算45

3.5.1 未含液体时的基频计算46

3.5.2 含液体时的基频计算47

第4章 考虑提离效应的非锚固圆柱形贮液容器摆动分析49

4.1 概述49

4.2 刚性圆柱形容器中液体的响应50

4.3 刚性容器的基底荷载和等效的力学模型53

4.4 等效力学体系的运动方程56

4.5 数值算例58

第5章 复杂组合壳体结构——快增殖反应堆堆本体系统的地震响应计算分析61

5.1 结构概述61

5.2 计算模型简介64

5.3 堆本体主系统的动力特性分析结果66

5.3.1 结构动力特性66

5.3.2 温度及加工偏差对结构动力特性的影响67

5.4 堆本体主系统的地震响应时程结果67

5.5 结果分析及结论71

第6章 快增殖反应堆主容器内流固耦合问题计算分析72

6.1 概述72

6.2 计算模型简介73

6.3 主容器流固耦合系统的动力特性计算结果74

6.3.1 流固耦合效应对结构动力特性的影响74

6.3.2 温度及加工偏差对结构动力特性的影响75

6.4 堆内液体晃动问题计算分析75

第7章 快堆试验模型流体晃动问题的简化分析模型及动强度简化计算79

7.1 概述79

7.2 试验模型的计算简图79

7.3 基本假设82

7.4 在水平地震作用下的运动方程83

7.5 容器的动力特性分析86

7.5.1 计算等效质量M？86

7.5.2 计算刚度系数及自振频率87

7.5.3 几种特殊情况88

7.6 几点结论89

7.7 地震地面运动在结构中引起的作用力89

7.8 最大基底剪力和最大倾覆力矩91

7.9 强度校核92

7.9.1 最大剪应力92

7.9.2 最大弯曲应力（产生在基底横截面上）93

7.9.3 模型轴向静压应力93

第8章 在水平地震激励下快堆主容器及热屏蔽最大液动压力计算94

8.1 概述94

8.2 计算模型94

8.3 刚性内池壁的液动压力95

8.4 刚性环池外壁的液动压力96

8.5 柔性圆筒壁的液动压力98

8.6 内、外池壁均为柔性的环形容器100

8.7 内壁为刚性、外壁为柔性的环形容器103

8.8 两道热屏蔽形成的环形容器106

8.9 结论108

第9章 圆柱薄壳贮液容器振动的试验研究方法109

9.1 常用试验研究方法109

9.2 相似理论的基本定理110

9.2.1 相似第一定理110

9.2.2 相似第二定理110

9.2.3 相似第三定理111

9.2.4 确定相似准则的方法111

9.3 流体动力模型试验的相似关系112

9.4 圆柱薄壳贮液容器动力试验的动力相似关系114

9.4.1 结构动力相似关系分析115

9.4.2 圆柱薄壳容器结构动力相似关系的修正116

9.4.3 圆柱薄壳容器结构中流体参数的动力相似关系117

9.5 模型试验的主要步骤119

9.6 圆柱薄壳贮液容器振动试验的设备和仪器介绍120

9.6.1 圆柱薄壳贮液容器振动试验的设备120

9.6.2 地震模拟振动台试验121

9.6.3 圆柱薄壳贮液容器振动试验的数据采集和测量仪器124

9.7 圆柱薄壳贮液容器动力特性测试和抗震试验一般步骤125

第10章 快堆容器流固耦合模型动力相似关系研究127

10.1 概述127

10.2 反应堆容器模型试验的基本动力相似关系128

10.2.1 重力失真动力模型的建立128

10.2.2 数值模拟法评估流固耦合模型重力失真效应影响的方法129

10.2.3 某25MWe快堆容器1∶6.25动力试验模型示例130

10.3 几何变态的流固耦合动力试验模型133

10.3.1 几何变态动力模型的建立133

10.3.2 某1 340MWe快中子增殖反应堆1∶10振动台试验模型示例135

10.4 结论136

第11章 地震作用下座式快堆钠池液面晃动的试验研究138

11.1 概述138

11.2 快堆模型振动台试验139

11.2.1 试验模型及试验设备139

11.2.2 模型试验的动力相似关系140

11.2.3 模型试验的测点布置141

11.2.4 模型振动台试验的加载顺序141

11.3 环形储液结构中液体自振频率的解析解142

11.4 试验结果及分析143

11.4.1 结构及环域液体晃动的动力特性143

11.4.2 液面晃动波高144

11.5 结论145

第12章 中国实验快堆堆本体地震响应振动台试验研究146

12.1 概述146

12.2 试验方案147

12.2.1 振动台试验内容简介147

12.2.2 模型试验动力相似关系150

12.2.3 台面输入和测点布置151

12.3 中国实验快堆堆本体模型地震响应154

12.3.1 整体结构梁式振动基频154

12.3.2 试验模型地震响应154

12.4 中国实验快堆堆本体抗震性能试验研究主要结果156

下篇 圆柱薄壳容器的屈曲161

第13章 壳体屈曲的基本概念和基本理论161

13.1 概述161

13.2 屈曲问题的分类162

13.2.1 按结构的承载形式分类162

13.2.2 按结构屈曲时的材料性质分类164

13.2.3 按临界状态的特性分类164

13.3 弹性屈曲和塑性屈曲166

13.3.1 临界荷载值概念上的区别166

13.3.2 计算理论方面的区别167

13.4 动态屈曲问题的特点170

13.5 壳体屈曲基本理论171

13.5.1 壳体小挠度屈曲理论171

13.5.2 前屈曲一致理论175

13.5.3 非线性大挠度屈曲理论175

13.5.4 非线性缺陷理论179

第14章 屈曲准则184

14.1 概述184

14.2 结构静力屈曲准则184

14.2.1 静力准则185

14.2.2 动力准则185

14.2.3 能量准则186

14.2.4 初缺陷准则188

14.3 结构第一类动力屈曲问题的屈曲准则——参数共振准则188

14.4 结构第二类动力屈曲问题的屈曲准则195

14.4.1 B-R运动准则195

14.4.2 变形发散准则196

14.4.3 能量准则197

14.4.4 初缺陷放大准则202

14.4.5 拟静力冲击屈曲准则203

14.4.6 分叉准则203

14.4.7 不确定性准则204

第15章 薄壁圆柱壳在地震地面运动激励下的屈曲行为206

15.1 薄壁圆柱壳在静水平剪切力作用下的屈曲行为206

15.1.1 前屈曲边界条件和薄膜应力207

15.1.2 屈曲的基本方程208

15.1.3 屈曲荷载及屈曲模态211

15.2 薄壁圆柱壳在水平周期荷载作用下的屈曲行为218

15.2.1 动力屈曲的基本方程218

15.2.2 动力屈曲的马丢-希拉方程221

15.2.3 动力屈曲的数值分析224

15.3 短圆柱薄壳抗震屈曲的设计方法231

15.3.1 薄壁圆柱壳同时受到水平与竖直地震作用时的设计方法231

15.3.2 考虑温度效应对薄壁圆柱壳屈曲强度影响时的设计方法235

15.3.3 日本快堆主容器抗震屈曲设计规程236

第16章 复杂组合旋转壳和开孔补强旋转薄壳的屈曲强度246

16.1 实验模型的有限元计算与分析247

16.1.1 室温条件下实验模型的抗屈曲有限元计算与分析247

16.1.2 高温条件下实验模型的抗屈曲理论计算与分析252

16.2 完善结构形式的主容器的抗屈曲有限元计算与分析256

16.2.1 反应堆堆本体计算模型256

16.2.2 计算结果与分析257

16.2.3 结论258

16.3 非完善结构形式的主容器的抗屈曲有限元计算与分析259

16.3.1 初始缺陷位于裙座时的屈曲分析260

16.3.2 初始缺陷位于主圆柱壳时的屈曲分析262

16.4 开孔补强旋转薄壳在水平和垂直地震共同作用下的屈曲分析264

16.4.1 荷载与计算模型264

16.4.2 对不开孔的堆本体结构的计算结果267

16.4.3 对开孔并用套筒补强的堆本体结构的计算结果269

第17章 贮液或潜浸于液体中的圆柱薄壳在地震激励下的屈曲行为272

17.1 在水平激励下的充液壳体的动力稳定性272

17.2 非固定支撑贮液罐在横向荷载作用下的后屈曲274

17.3 潜浸于液体中的同轴圆柱薄壳在地震激励下的动屈曲279

17.3.1 确定FBR原型的液压分布特性和屈曲压力280

17.3.2 动力屈曲实验281

17.3.3 试验结果282

17.3.4 屈曲开始时刻（屈曲门槛）压力分布的估算284

17.3.5 动态屈曲压力与静态屈曲压力的比较及次谐波振动的影响284

第18章 短圆柱薄壳抗屈曲性能实验分析原理286

18.1 短圆柱薄壳失稳临界荷载的理论解析分析概述286

18.2 短圆柱壳屈曲强度工程估算方法和近似分析方法289

18.2.1 剪切屈曲强度估算公式290

18.2.2 弯曲屈曲强度估算公式291

18.2.3 轴向屈曲强度估算公式291

18.2.4 剪切屈曲和弯曲屈曲间的相互作用及轴向荷载对它们的附加影响291

18.2.5 实验模型静态屈曲的估算分析实例292

18.2.6 短圆柱薄壳抗横切力弹-塑性屈曲强度值近似分析法（？方法）292

18.3 短圆柱薄壳抗横切力屈曲性能试验293

18.3.1 概述293

18.3.2 屈曲性能试验内容和试验模型294

18.3.3 模型屈曲强度预分析296

18.3.4 试验简介297

18.3.5 实验分析和小结301

18.4 实验-数值、近似解析混合分析方法302

18.4.1 概述302

18.4.2 混合分析方法的折合系数η和结构屈曲强度值Qcr的确定303

18.5 模型屈曲强度试验及其相似性原理304

18.5.1 屈曲强度检测304

18.5.2 弹塑性屈曲模型实验相似条件304

18.5.3 模型与结构原型的屈曲强度值相似换算305

18.6 模型初始曲面和屈曲模态的光力学检测方法306

18.6.1 物理原理和相移技术306

18.6.2 模型初始曲面的检测308

18.6.3 实测屈曲模态309

18.6.4 系统精度分析311

第19章 座式快堆堆本体结构模拟试验314

19.1 短圆柱壳屈曲强度实验综述314

19.2 形状测量光力学方法应用于屈曲实验317

19.2.1 应用云纹法检测该模型的初始曲面317

19.2.2 应用云纹法测量模型的屈曲模态323

19.3 测定座式快堆堆本体模拟体试验模型（第二类试验模型）的静态屈曲荷载326

19.3.1 简化力学模型326

19.3.2 加载系统和试验台架327

19.3.3 屈曲强度预分析327

19.3.4 试验简介329

19.3.5 小结333

19.4 堆本体整体结构原型屈曲强度推算334

19.4.1 修正的工程近似分析（准则法）（折合系数η）334

19.4.2 修正的线弹性有限元法（折合系数η′）335

19.4.3 修正的？方法（折合系数η″）335

19.4.4 屈曲强度的模拟试验值换算336

19.4.5 小结337

19.5 座式快堆堆本体整体结构剪-弯屈曲模型振动台试验分析337

19.5.1 模拟体模型振动台试验338

19.5.2 试验组织与实施340

19.5.3 试验结果343

19.5.4 综合分析351

19.5.5 小结352

19.6 结论352

参考文献354