[發明專利]一種球形耐壓殼力學特性分析計算方法

在審

• 申請號: 201810232781.5
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108614912A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 張猛;張建;唐文獻;崔維成;王芳;潘彬彬;陳赟;朱永梅
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;上海海洋大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 夏平

本發明公開了一種更適用于球形耐壓殼的力學特性分析方法，進而基于真實的缺陷準確得出球形耐壓殼的實際承載力，保證深潛器的安全性及可靠性。具體步驟如下：第一步：確定耐壓殼表面幾何參數；第二步：確定耐壓殼壁厚參數；第三步：確定耐壓殼材料參數；第四步：計算球形耐壓殼的強度及剛度；第五步：計算球形耐壓殼的承載力；Step1:建立數值幾何模型；完全基于三維掃描獲得的真實幾何形狀，建立球殼的有限元模型，Step2:劃分網格；Step3:設置材料參數；Step4：設置非線性屈曲分析參數；采用改進的Riks法進行分析；Step6:獲得球形耐壓殼的承載力及失穩模式。

技術領域

本發明涉及一種球形耐壓殼力學特性分析計算方法。

背景技術

潛水器結構通常是由更具流線型的輕外殼和提供常壓工作環境的耐壓殼組成。耐壓殼是潛水器結構的重要組成部分，密閉的空間保證了殼內壓力的穩定及深水中人員作業的安全；同時，也是潛水器浮力的主要提供者，其重量占潛水器總重量的1/4～1/2。因此，耐壓殼體的強度及穩定性的研究是保證潛水器工作可靠性的重要一步。現有設計規范及相關專利依然存在如下技術缺陷：

1、現有設計規范(CCS2013)中,球形耐壓殼的強度應力計算基于薄殼理論，而適用于大深度深潛器的耐壓殼往往是中厚殼，薄殼理論已不適用于中厚殼的理論計算。

2、設計規范(CCS2013)沒有涉及耐壓殼變形的計算公式。耐壓殼在深海下會產生較大的變形，此變形會影響到布置在耐壓殼內部的裝置。故而耐壓殼的剛度也是必要的校核因素。

3、申請號為CN201710232949.8與申請號CN201710233630.7的發明專利提出了基于一階模態缺陷的球形耐壓殼的承載力預測公式，此預測公式僅適用于耐壓殼設計階段。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種更適用于球形耐壓殼的力學特性分析方法，進而基于真實的缺陷準確得出球形耐壓殼的實際承載力，保證深潛器的安全性及可靠性。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種球形耐壓殼力學特性分析計算方法，具體步驟如下：

第一步：確定耐壓殼表面幾何參數；采用高精度三維掃描儀獲取耐壓殼表面幾何形狀，再通過逆向處理，獲取球殼的平均半徑r；

第二步：確定耐壓殼壁厚參數；采用無損測厚儀等間距的測量耐壓殼的壁厚，獲取平均厚度t；

第三步：確定耐壓殼材料參數；獲取母材的材料參數：泊松比ν、彈性模量E和屈服強度σ。

第四步：計算球形耐壓殼的強度及剛度；將前三步獲取的參數及耐壓殼的工作壓力導入基于厚殼理論的應力與變形公式，分別求得球形耐壓殼的強度與剛度結果；

第五步：計算球形耐壓殼的承載力；

Step1:建立數值幾何模型；完全基于三維掃描獲得球殼外表面的真實幾何形狀，建立球殼的有限元模型；此模型中包含了真實初始幾何缺陷，模型的厚度由外表面向內賦值，厚度賦值為無損測厚的平均壁厚或者按照無損測厚獲得的每個離散點的值對應賦值；且當厚度測量值的標準差小于0.03，選擇平均壁厚進行厚度賦值；

Step2:劃分網格；數值幾何模型需劃分成四邊形和三邊形網格，保證四邊形網格數占總網格的90％以上；網格尺寸需通過網格密度的收斂性分析確定；

Step3:設置材料參數；設置相應材料的彈性模量，泊松比及屈曲強度參數；