[发明专利]一种球形耐压壳力学特性分析计算方法

摘要

本发明公开了一种更适用于球形耐压壳的力学特性分析方法，进而基于真实的缺陷准确得出球形耐压壳的实际承载力，保证深潜器的安全性及可靠性。具体步骤如下：第一步：确定耐压壳表面几何参数；第二步：确定耐压壳壁厚参数；第三步：确定耐压壳材料参数；第四步：计算球形耐压壳的强度及刚度；第五步：计算球形耐压壳的承载力；Step1:建立数值几何模型；完全基于三维扫描获得的真实几何形状，建立球壳的有限元模型，Step2:划分网格；Step3:设置材料参数；Step4：设置非线性屈曲分析参数；采用改进的Riks法进行分析；Step6:获得球形耐压壳的承载力及失稳模式。

主权项

1.一种球形耐压壳力学特性分析计算方法，具体步骤如下：第一步：确定耐压壳表面几何参数；采用高精度三维扫描仪获取耐压壳表面几何形状，再通过逆向处理，获取球壳的平均半径r；第二步：确定耐压壳壁厚参数；采用无损测厚仪等间距的测量耐压壳的壁厚，获取平均厚度t；第三步：确定耐压壳材料参数；获取母材的材料参数：泊松比ν、弹性模量E和屈服强度σ；第四步：计算球形耐压壳的强度及刚度；将前三步获取的参数及耐压壳的工作压力导入基于厚壳理论的应力与变形公式，分别求得球形耐压壳的强度与刚度结果；第五步：计算球形耐压壳的承载力；Step1:建立数值几何模型；完全基于三维扫描获得球壳外表面的真实几何形状，建立球壳的有限元模型；此模型中包含了真实初始几何缺陷，模型的厚度由外表面向内赋值，厚度赋值为无损测厚的平均壁厚或者按照无损测厚获得的每个离散点的值对应赋值；且当厚度测量值的标准差小于0.03，选择平均壁厚进行厚度赋值；Step2:划分网格；数值几何模型需划分成四边形和三边形网格，保证四边形网格数占总网格的90％以上；网格尺寸需通过网格密度的收敛性分析确定；Step3:设置材料参数；设置相应材料的弹性模量，泊松比及屈曲强度参数；Step4：设置非线性屈曲分析参数，采用改进的Riks法进行分析；改进的Riks法的计算参数设置如下：静态平衡路径的初始弧长增量选用小于1的数值；最小弧长增量设置为不大于1e‑5的数值；最大弧长增量设置为小于1的数值；弧长增量步数的设置值不小于100；载荷极限值设置为不小于计算压力的数值；Step5:设置边界条件及载荷；为了消除模型的刚性位移，在三个正交方向分别约束三个随机空间点，以限制其六个方向的自由度；同时，将小于计算压力p的载荷均匀施加在球壳外表面；Step6:获得球形耐压壳的承载力及失稳模式；按照上述步骤设置后，提交分析作业；分析结束后在历程输出中提取LPF曲线，曲线首次出现的波峰值与施加载荷的乘积便为耐压壳的承载力；此外，球壳的最终失稳模式即为后屈曲阶段的球壳位移变化模式。