屈曲是造成连续薄壳与单层网壳结构失效的重要原因之一。研究发现经典屈曲理论对薄壳屈曲荷载的估计值偏高,因此许多学者尝试对屈曲荷载进行更准确可靠地预测。本文考虑单层球面网壳的后屈曲行为进行研究,以期对其屈曲荷载进行准确估计。　　薄壳结构有限元分析　　本文使用ABAQUS建立有限元模型,考虑几何缺陷,对壳体的后屈曲行为进行非线性分析,求解采用了Riks弧长法跟踪荷载位移曲线。分析结果表明,当初始几何缺陷较小时,初始屈曲荷载与经典屈曲理论计算值非常接近,然而随着初始缺陷的增加,模拟的初始屈曲荷载会显著下降,与经典理论值差异很大。对于球面薄壳,不同几何缺陷的荷载-位移曲线在后期趋向于重合,形成一“平台”,表明初始屈曲荷载对几何缺陷非常敏感,而后屈曲荷载对几何缺陷不敏感。这是经典屈曲理论高估屈曲荷载的一个主要原因。　　薄壳结构屈曲荷载的经验预测　　实际工程中,几何缺陷主要来自建造误差。经典屈曲理论并未考虑结构的非线性这一重要因素,而这一因素一般被认为是经典理论高估屈曲荷载的另一主要原因。本文使用有限元法模拟时考虑了几何非线性,计算出了后屈曲荷载。以往对轴心受压圆柱壳的研究表明,后屈曲荷载值为柱壳屈曲试验所得承载能力的平均值,薄壳的屈曲应力与厚度的1.5次方成正比,由此预测屈曲荷载与厚度的2.5次方(t2.5)成正比,该预测得到了有限元分析验证。因此采用该荷载值作为后屈曲荷载可避开几何缺陷的影响。采用“平台”处的荷载作为屈曲荷载更具现实意义。有限元分析表明,薄壳后屈曲后变形的一种形式是“局部凹陷”,而应变能集中在“局部凹陷”的周边。因此本文利用功能原理对“局部凹陷”进行分析,推导出了球面薄壳的后屈曲承载力经验公式,并依据拟壳化处理,将这一承载力计算式扩展到单层球面网壳中。　　利用拟壳法预测单层球面网壳屈曲荷载　　利用拟壳法可将单层球面网壳可以看成连续壳进行分析。对单层球面网壳有限元分析发现其后屈曲行为与球面薄壳类似。初始屈曲荷载对初始几何缺陷敏感,而后屈曲荷载对初始几何缺陷并不敏感。因此,根据后屈曲荷载,将单层球面网壳等效为球面薄壳,并确定了球面薄壳的等效厚度teq。依据薄膜刚度以及弯曲刚度推导了等效薄膜厚度tm以及等效弯曲厚度tb。不改变材料弹性模量,通过teq建立了三向网格单层球面网壳与球面的等效关系。　　单层球面网壳屈曲试验　　为了验证经验公式以及有限元模拟结果,本文进行了三向网格单层球面网壳屈曲试验。试验采用模拟均布荷载加载,记录了网壳顶点的变形,形成了荷载-位移曲线。除其中一个模型形成局部凹陷后承载力可以继续上升外,其余模型均在屈曲后垮塌。试验结果、有限元模拟结果以及经验公式计算结果吻合良好,从而验证了本文的可靠性和有效性。