[发明专利]一种钛合金潜水器耐压球壳极限承载力估算方法

摘要

本发明公开了一种钛合金潜水器耐压球壳极限承载力估算方法：步骤一：设定球壳相关参数，其中球壳的中径r、不同厚度值t、不同屈服强度σ_y；步骤二：研究材料屈服强度对球壳承载力的影响规律；将屈服强度对球壳极限承载力的影响定义为塑性衰减因子k_p并求解；步骤三：求得完美球壳非线性临界屈曲载荷P_non：p_non＝k_pp_m‑t；步骤四：研究几何初始缺陷对球壳承载力的影响规律，将几何初始缺陷对球壳极限承载力的影响定义为几何缺陷衰减因子k_imp并求解；步骤五：归纳球壳极限承载力P_real的估算公式：p_real＝k_pk_impp_m‑t；步骤六：根据实际壳体的相关参数值，查找相应数据、代入相关公式，最终算出所需的球壳极限承载力P_real。

主权项

1.一种钛合金潜水器耐压球壳极限承载力估算方法：步骤一：设定球壳相关参数，其中球壳的中径r设定为1000mm，厚度值t范围从25mm到80mm，以5mm进行递增，选取共12种厚度；屈服强度σ_y取800MPa、900MPa、1000MPa、1100MPa、1200MPa、1300MPa共6种屈服强度；步骤二：研究材料屈服强度对球壳承载力的影响；将屈服强度对球壳极限承载力的影响定义为塑性衰减因子，求解塑性衰减因子k_p：a.计算12种厚度的完美几何中厚球壳的线性屈曲载荷P_m‑t，计算公式为：其中材料的弹性模量E为110GPa，泊松比μ为0.3；b.设定材料模型为理想弹塑性模型，网格单元类型为完全积分的壳单元；球壳模型的边界条件依据CCS2013进行设置；对12种不同厚径比、6种不同屈服强度σ_y下共72个模型分别通过有限元软件，采用非线性弧长法开展分析得出相应的屈曲载荷值；c.将屈服强度对球壳极限承载力的影响定义为塑性衰减因子k_p，计算上述72个模型的塑性衰减因子k_p值，塑性衰减因子k_p值为上步得出的屈曲载荷值与相应厚度的完美几何中厚球壳的线性屈曲载荷P_m‑t的比值；d.根据上述72个模型的塑性衰减因子k_p值，绘制不同屈服强度σ_y下塑性衰减因子k_p与厚径比t/r的关系曲线图；e.通过对上一步骤所得关系曲线图进行非线性和线性回归分析，拟合出同一屈服强度σ_y的单条曲线上的塑性衰减因子k_p的公式进一步拟合出整体屈服强度下系数k₀的公式：k₀＝1.62×10^‑5σ_y；步骤三：完美球壳非线性临界屈曲载荷P_non通过塑性衰减因子k_p与完美几何中厚球壳的线性屈曲载荷P_m‑t的乘积获得:p_non＝k_pp_m‑t；步骤四：研究几何初始缺陷对球壳承载力的影响规律，将几何初始缺陷对球壳极限承载力的影响定义为几何缺陷衰减因子k_imp，求解几何缺陷衰减因子k_imp：a.引入一阶模态缺陷作为初始缺陷，其初始缺陷幅值与球壳中径的比值δ/r取5种，分别为0.002、0.004、0.006、0.008和0.01；通过有限元分析软件计算出6种不同屈服强度σ_y、12种不同厚径比、5种不同初始缺陷幅值与球壳中径的比值δ/r下共360种屈曲载荷值；b.计算上述屈曲载荷值与相应的完美球壳非线性临界屈曲载荷P_non的比值得出360个几何缺陷衰减因子k_imp数值；c.基于不同缺陷幅值δ与屈服强度σ_y，分别绘制几何缺陷衰减因子k_imp与不同厚径比t/r的关系曲线图；d.通过线性与非线性回归分析几何缺陷衰减因子kimp与不同厚径比t/r的关系曲线图得出计算模型：其中，和为分段函数中的系数；这些系数由材料的屈服强度E和缺陷幅值与球壳中径的比值δ/r确定；e.采用作图法获得系数和的相应值,作图法所用图分别为不同屈服强度σ_y下，系数和随着缺陷幅值与球壳中径的比值δ/r成非线性变化的关系曲线图；采用作图法获得系数和的相应值，作图法所用图分别为不同屈服强度σ_y下，系数和随着缺陷幅值与球壳中径的比值δ/r成线性变化的关系曲线图；f.其中，系数和随着缺陷幅值与球壳中径的比值δ/r和屈服强度σ_y的增加成线性变化，通过线性回归分析上步所得关系曲线图拟合出相应的公式：步骤五：结合以上分析计算，归纳球壳极限承载力P_real的估算公式：p_real＝k_pk_impp_m‑t；步骤六：根据实际壳体的相关半径值r、厚度值t、屈服强度σ_y、缺陷幅值δ，查找相应数据、代入相关公式，最终算出所需的球壳极限承载力P_real。