宋广凯 孙博华,†,1)

∗(西安建筑科技大学土木工程学院和力学技术研究院,西安 710055)

†(宁波大学力学与机械工程学院,浙江宁波 315211)

引言

结构在一定载荷和边界条件下的失稳现象称为结构屈曲或者稳定问题.自从Euler(1744)[1-3]研究细弹性压杆(Euler 称之为Elastica)的稳定问题以来,结构稳定性问题已经成为结构设计必须考虑的问题.人们在工程实际中发现细薄长结构在失去稳定时,其受力强度通常远低于材料的屈服应力,这种现象一开始比较困扰人们的传统思维,既以材料强度为设计原则的思维.后来人们注意到,在同样载荷条件下,不同的结构几何构形的稳定性可能完全不同,特别是对于细薄长结构,结构稳定性和形态变化问题尤其突出[3-19].

随着新材料的开发,高强度、强韧性超材料开始逐渐应用,使原来必须使用较大尺寸材料构造的结构,可以使用超材料在达到同样承载能力的情况下构成结构的构件尺寸越来越细薄,从而使得结构稳定性问题的研究越来越重要.反过来,结构力学的研究也启发和促进了超材料胞元的设计,既按结构力学角度设计具有需要力学性能的胞元来获得材料整体性能的提升[20],使得在基体材料性能不变的情况下,通过设计微结构达到特别的整体材料性能.所以超材料也称为具有微结构的材料[21-27].从这个意义上说,结构力学的研究促进了高性能材料的设计.

对于结构稳定性的认识,从早期的理论预测与试验相差甚……