纵向波纹柱形耐压壳屈曲数值分析与试验研究

发布时间：2024-04-20 13:44

　　采用周向或轴向波纹,增强圆柱形耐压壳(简称圆柱壳)的承载能力已备受关注。采用数值与试验结合的方法,研究等容积圆柱壳和纵向波纹柱形耐压壳(简称波纹柱壳)的屈曲特性。首先,建立波纹柱壳的几何模型和数值模型,分析均布外压作用下,波纹参数变化对波纹柱壳屈曲特性的影响规律;其次,依据承载能力进行波纹参数优化设计,并制造两组等壁厚和等容积的圆柱壳和波纹柱壳实物模型;再次,测量两种模型的实际几何数据,分别建立其数值模型,并进行屈曲特性分析;最后,对圆柱壳和波纹柱壳的实物模型进行静水压力试验,与数值结果作对比分析。结果表明:均布外压下,等容积纵向波纹柱壳的屈曲性能优于柱形壳,其平均屈曲载荷提高了56.8%,纵向波纹改善了圆柱壳的承载能力。

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【部分图文】：

图1波纹柱壳局部截面形状及参数

波纹柱壳是利用波纹将其基柱(圆柱壳，其截面为基圆)在周向分割为若干段，并通过波纹连接而获得的一种耐压壳体，如图1所示，其基圆半径为R。为便于研究，将波纹定义为由两段与基圆相切、半径为r的圆弧与一段基圆圆弧构成，其圆心角为β，其中基圆圆弧对应的圆心角为α。参考文献15，波纹形状参数....

图2波纹连接状态

据此，可建立波纹柱壳的数值模型。波纹柱壳上，相邻波纹的连接有两种状态，即相切和相交，如图2所示。对于确定的α、β，改变波纹深度会改变波纹的连接状态。定义相切时的波纹深度d为临界值d0，则当d<d0时，在深度d的范围内，波纹相交于一点，如图2b所示；当d>d0时，波纹相交于两点，如....

图3数值计算边界条件

根据几何模型，可以在有限元软件ABAQUS中，建立其数值模型，如图3所示。选择不锈钢材料，其性能参数为：弹性模量E=210MPa，泊松比μ=0.3，屈服强度[σ]=385MPa。壳体外表面施加初始均布压力0P=1MPa。约束定义：底部边界所有节点限制x、y、z方向自由度，即....

图4α/β=0,d=20mm时的波纹结构示意图

基于以上分析，并结合表1中的屈曲载荷数据，可以得出，当α/β=0,d=20mm时，壳体屈曲载荷值最大。因此，选择此波纹参数设计后续试验模型。根据式1和式2可以计算出此时波纹为一段半径r=15.57mm的圆弧，如图4所示。2等效柱壳屈曲特性数值分析

本文编号：3959494