[发明专利]一种孔道内管柱柔性居中的单环结构与设计方法

权利要求书

1.一种孔道内管柱柔性居中的单环结构，其特征在于，包括：

柔性单环(2)：有两个穿轴孔(5)对称设置在所述柔性单环(2)上，两个穿轴孔(5)的中心线通过柔性单环(2)的中心，形成一个关于穿轴孔中心线的轴对称结构；

当所述的两个穿轴孔(5)直径大于或等于所述柔性单环(2)宽度，则柔性单环(2)自动会分解成为两个对称的半环组合；

所述柔性单环(2)为具有弹性、大变形能力的柔性结构，所述柔性单环(2)自动适应圆形孔道(1)内直径最大的中心位置。

2.如权利要求1所述的孔道内管柱柔性居中的单环结构，其特征在于，所述柔性单环(2)为一个单环或者多个单环的并联或串联组合而成。

3.如权利要求1所述的孔道内管柱柔性居中的单环结构，其特征在于，所述穿轴孔(5)的直径与管柱(3)的直径相匹配。

4.如权利要求1所述的孔道内管柱柔性居中的单环结构，其特征在于，所述柔性单环(2)压缩变形后具有柔性居中载荷F，所述柔性居中载荷F大于管柱(3)弯曲对孔道(1)侧壁的挤压载荷[F]。

5.如权利要求4所述的孔道内管柱柔性居中的单环结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

在孔道(1)内先设定好柔性单环(2)的宽度b；

再根据柔性居中载荷F大于孔道(1)侧壁的挤压载荷[F]确定最小的柔性单环(2)壁厚；

根据柔性单环(2)弯曲变形强度准则控制的塑性形变判据，确定最大的柔性单环(2)壁厚；

在柔性单环(2)壁厚的控制范围内，圆整得到柔性单环(2)壁厚h的设计尺寸。

6.如权利要求5所述的孔道内管柱柔性居中的单环结构的设计方法，其特征在于，所述孔道(1)侧壁的挤压载荷[F]的计算公式为：

式(1)中，D为孔道直径，(EI)_P是管柱的抗弯刚度，μ是不同支撑条件的约束系数，L是管柱屈曲失稳的一阶临界载荷下，最小间隔的管柱长度，其计算公式为：

式(2)中，P_cr是管柱屈曲失稳的一阶临界载荷，也是管柱作业压力。

7.如权利要求6所述的孔道内管柱柔性居中的单环结构的设计方法，其特征在于，所述最小的柔性单环壁厚的表达式为：

式(3)中，R为单环半径；E是柔性单环材料的弹性模量；y_B为单环在孔道内的压缩形变挠度，其表达式为：

所述根据柔性单环(2)弯曲变形强度准则控制的塑性形变判据为：

式(5)中，σ_max是柔性单环形变的最大应力；[σ_0.2]是柔性单环的材料许用强度；y_CR是柔性单环最大压缩挠度，当管柱半径为r_o时y_CR＝0.618(R-r_o)；

所述圆整得到柔性单环壁厚h的设计尺寸为：

8.如权利要求7所述的孔道内管柱柔性居中的单环结构的设计方法，其特征在于，所述柔性单环(2)直径2R与圆形孔道(1)直径D的关系为：

9.如权利要求5所述的孔道内管柱柔性居中的单环结构的设计方法，其特征在于，所述孔道(1)内应用至少需要在一根管柱上串联2个以上的柔性单环结构来保证局部管柱的居中度。