[發(fā)明專利]一種基于蠕變屈曲失效判定準則的有機玻璃承壓結構的長期服役壽命預測方法

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• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109670241A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 周凡;蔣文春;杜洋
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種基于蠕變屈曲失效判定準則的有機玻璃承壓結構的長期服役壽命預測方法，包括：通過有機玻璃單軸蠕變斷裂實驗，獲取不同單軸應力水平下的應力?應變曲線；基于單軸應力狀態(tài)下有機玻璃蠕變實驗結果，進行參數(shù)擬合，獲取多軸狀態(tài)下的蠕變參數(shù)，從而建立有機玻璃在多軸應力狀態(tài)下蠕變?損傷本構方程；基于有限元軟件ABAQUS的CREEP模塊，將有機玻璃在多軸應力狀態(tài)下的蠕變?損傷本構方程嵌入到有限元分析中，依據(jù)蠕變屈曲失效判定準則，判斷有機玻璃結構是否發(fā)生蠕變屈曲，預測結構的長期服役壽命。本發(fā)明旨在考慮多軸應力狀態(tài)下的有機玻璃蠕變損傷行為，并提出一種蠕變屈曲失效判定準則，從而更加準確預測有機玻璃薄壁承壓結構的長期服役壽命。

技術領域

本發(fā)明涉及可靠性工程技術領域，尤其涉及一種基于蠕變屈曲失效判定準則的有機玻璃承壓結構的長期服役壽命預測方法。

背景技術

有機玻璃因其良好的綜合力學性能以及光學特性被廣泛地用于制造承壓設備，如中微子探測器[1]等。中微子探測器為一承受外壓的薄壁容器，因探測需求，要求該容器至少能夠長期穩(wěn)定運行二十年。

對于承受外壓的薄壁結構，在外壓大于屈曲臨界載荷時，會發(fā)生屈曲變形而喪失穩(wěn)定性。特別地，有機玻璃是典型的粘彈性材料，即使在環(huán)境溫度中，在恒定載荷的長期作用下會發(fā)生蠕變及蠕變損傷失效。那么，對于承受外壓的有機玻璃薄壁結構，即使有機玻璃結構承受的壓力遠低于屈曲臨界載荷，只要載荷作用的時間足夠長，隨著有機玻璃蠕變變形的增長也可能導致結構發(fā)生屈曲，即表現(xiàn)為蠕變屈曲。

現(xiàn)有文獻[2]中利用有限元軟件ABAQUS研究了有機玻璃薄壁球殼在均勻外壓下的蠕變屈曲，其中判定結構發(fā)生蠕變屈曲的準則為：球殼切線剛度矩陣在屈曲時刻奇異使得數(shù)值計算發(fā)散，以及時間-變形歷程圖上球殼的變形速度有無窮增大的趨勢[3]。

參考文獻：

[1]陳志平，周凡，陳富財，孫國有.有機玻璃探測器的赤道柔性支撐結構.發(fā)明專利，ZL201410088815.X.2015.9.

[2]周凡.有機玻璃在液閃中的蠕變行為及耐壓球殼穩(wěn)定性研究[D].浙江大學,2017.

[3]周華樟.旋切板膠合木的蠕變及其對結構穩(wěn)定性的影響[D].哈爾濱工業(yè)大學,2009.

現(xiàn)有技術存在的問題：

①現(xiàn)有技術僅考慮了有機玻璃在某一特定載荷下的單軸蠕變特性，因此僅適用于對有機玻璃薄壁結構在特定的均勻外壓下的蠕變屈曲進行研究，與實際工況不符，在實際工程中有機玻璃結構大都處于較為復雜多變的多軸應力狀態(tài)下。

②蠕變損傷是有機玻璃材料的主要失效形式之一，現(xiàn)有技術中所采用的蠕變屈曲判定準則沒有考慮有機玻璃的蠕變損傷行為，因此對有機玻璃結構長期服役壽命的預測不夠準確。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述不足，本發(fā)明提供一種基于蠕變屈曲失效判定準則的有機玻璃承壓結構的長期服役壽命預測方法，解決現(xiàn)有技術中對有機玻璃蠕變行為描述不恰當以及蠕變屈曲判定準則不全面的問題，本發(fā)明旨在考慮多軸應力狀態(tài)下的有機玻璃蠕變損傷行為，并提出一種蠕變屈曲失效判定準則，從而更加準確預測有機玻璃薄壁結構的長期服役壽命。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：一種基于蠕變屈曲失效判定準則的有機玻璃承壓結構的長期服役壽命預測方法，包括如下步驟：

步驟一：通過有機玻璃單軸蠕變斷裂實驗，獲取不同單軸應力水平下的應力-應變曲線；

步驟二：基于單軸應力狀態(tài)下有機玻璃蠕變實驗結果，進行參數(shù)擬合，獲取多軸狀態(tài)下的蠕變參數(shù)，從而建立有機玻璃在多軸應力狀態(tài)下蠕變-損傷本構方程；