一种轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法与流程

本申请属于结构疲劳试验领域，特别涉及一种轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法。

背景技术：

1、圆筒壳体结构简单，造价低廉，广泛应用于管道、压力容器等领域。承受轴向力作用是圆筒壳体结构的典型载荷工况，估算圆筒壳体结构应力是结构设计的重要内容。承受轴向力时，圆筒壳体的失稳是伴随爆声突然发生的，圆筒表面朝着壳体曲率中心方向出现菱形凹陷，沿母线形成几条凹陷带。在受压短壳中或在内压和轴向力同时作用下的长壳也会出现环形凹陷。

2、避免圆筒壳体发生失稳是设计之初需要确定的主要参数，对圆筒壳体结构临界应力计算，可以初步确定结构尺寸参数。采用有限元法建立力学模型对圆筒壳体结构临界应力计算是目前采用的主要计算方法，计算中需要综合考虑加载与约束的简化方式，当结构参数变化时需要重新计算并对比，以确定最优方案。采用有限元法存在计算耗时长，计算工作量大，不利于结构初步设计阶段对应力和重量估算要求。同时，有限元计算得到的理想壳体临界应力数值大大超出实际的试验数值，需结合试验数据进行修正。

3、因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

2、本申请的技术方案是：

3、一种轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法，包括：

4、获取圆筒壳体临界应力计算理想模型，根据所述圆筒壳体临界应力计算理想模型得到计算结果；

5、对圆筒壳体结构进行轴向力加载试验得到试验结果；

6、将计算结果与试验结果进行对比，绘制稳定性系数曲线；

7、通过稳定性系数对所述圆筒壳体临界应力计算理想模型进行修正，得到圆筒壳体临界应力计算修正模型。

8、在本申请的至少一个实施例中，所述圆筒壳体临界应力计算理想模型为：

9、σlin＝0.605eδ/r

10、其中，σlin为圆筒壳体临界应力，e为弹性模量，δ为圆筒壳体厚度，r为圆筒壳体半径。

11、在本申请的至少一个实施例中，所述对圆筒壳体结构进行轴向力加载试验得到试验结果包括：

12、获取圆筒壳体结构试件，所述圆筒壳体结构试件包含多种尺寸规格；

13、对所述圆筒壳体结构试件进行轴向力加载试验，得到所述圆筒壳体结构试件临界应力。

14、在本申请的至少一个实施例中，将计算结果与试验结果进行对比，绘制轴向力作用下稳定性系数随圆筒壳体结构相对厚度δ/r的变化曲线。

15、在本申请的至少一个实施例中，所述圆筒壳体临界应力计算修正模型为：

16、σlin＝keδ/r

17、其中，σlin为圆筒壳体临界应力，k为稳定性系数，e为弹性模量，δ为圆筒壳体厚度，r为圆筒壳体半径。

18、在本申请的至少一个实施例中，还包括根据圆筒壳体结构参数以及稳定性系数，计算圆筒壳体结构临界轴向力：

19、p＝2πkeδ2

20、其中，p为圆筒壳体临界轴向力，k为稳定性系数，e为弹性模量，δ为圆筒壳体厚度。

21、发明至少存在以下有益技术效果：

22、本申请的轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法，在有限元计算与试验验证的基础上，总结圆筒壳体临界应力与结构参数间的关系，绘制稳定性系数曲线，可供设计人员快速查询并计算得到临界应力，可以快速评估临界力，估算结构重量、进而对结构构型进行优化。

技术特征：

1.一种轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法，其特征在于，所述圆筒壳体临界应力计算理想模型为：

3.根据权利要求2所述的轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法，其特征在于，所述对圆筒壳体结构进行轴向力加载试验得到试验结果包括：

4.根据权利要求3所述的轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法，其特征在于，将计算结果与试验结果进行对比，绘制轴向力作用下稳定性系数随圆筒壳体结构相对厚度δ/r的变化曲线。

5.根据权利要求4所述的轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法，其特征在于，所述圆筒壳体临界应力计算修正模型为：

6.根据权利要求5所述的轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法，其特征在于，还包括根据圆筒壳体结构参数以及稳定性系数，计算圆筒壳体结构临界轴向力：

技术总结
本申请属于结构疲劳试验领域，特别涉及一种轴向力作用下圆筒壳体结构临界应力快速评估方法。包括：获取圆筒壳体临界应力计算理想模型，根据所述圆筒壳体临界应力计算理想模型得到计算结果；对圆筒壳体结构进行轴向力加载试验得到试验结果；将计算结果与试验结果进行对比，绘制轴向力作用下稳定性系数随圆筒壳体结构相对厚度δ/R的变化曲线；通过稳定性系数对所述圆筒壳体临界应力计算理想模型进行修正，得到圆筒壳体临界应力计算修正模型。本申请在有限元计算与试验验证的基础上，总结圆筒壳体临界应力与结构参数间的关系，绘制稳定性系数曲线，可供设计人员快速查询并计算得到临界应力，估算结构重量、进而对结构构型进行优化。

技术研发人员：张宝才,隋福成,刘亚军,张占祺,王彦红
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4