[發明專利]一種薄壁圓筒的臨界失穩載荷計算方法

有效

• 申請號: 202011332740.7
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112364461B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 姚念奎;王成波;盧學峰;杜金柱
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本申請屬于結構強度設計領域，特別涉及一種薄壁圓筒的臨界失穩載荷計算方法。包括：步驟一、獲取薄壁圓筒的特性參數，所述特性參數包括薄壁圓筒材料的楊氏模量，薄壁圓筒的長度、外徑以及內徑；步驟二、根據所述特性參數計算薄壁圓筒的當量直徑、薄壁厚度、截面面積、截面慣量以及慣性半徑；步驟三、計算薄壁圓筒的臨界失穩載荷。本申請涉及參數精簡，依據薄壁圓筒的材質和幾何尺寸，計算給出其臨界失穩載荷，就可以通過主動限制其承載水平，避免失穩破壞現象的產生；算法效率高，條理清晰，步驟簡約，可快速得出臨界失穩載荷；可解決無偏心和有偏心受載情況，適用范圍廣泛，可普遍應用于民用、軍用薄壁圓筒結構強度設計和穩定性安全校核。

技術領域

本申請屬于結構強度設計領域，特別涉及一種薄壁圓筒的臨界失穩載荷計算方法。

背景技術

薄壁圓筒是一種常見的結構形式，特別是作為容器和管道，它具有材料省、重量輕的優點。但是，由于壁厚較小，當其承受軸向壓縮載荷時，比較容易產生失穩現象，進而導致整個圓筒的褶皺、破裂，喪失其原有的使用功能。因此，需要一種算法，依據薄壁圓筒的材質和幾何尺寸，計算給出其臨界失穩載荷，就可以通過主動限制其承載水平低于臨界失穩載荷，從而避免失穩破壞現象的產生。

現有技術采用純粹有限元模型(殼元或膜元假設)，計算精度依賴模型網格劃分合理性，結果分散性較大；或采用工程算法，用厚壁逼近的解決措施，計算結果與實際失穩載荷偏離較大。

因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現有技術的至少一個上述缺陷。

發明內容

本申請的目的是提供了一種薄壁圓筒的臨界失穩載荷計算方法，以解決現有技術存在的至少一個問題。

本申請的技術方案是：

一種薄壁圓筒的臨界失穩載荷計算方法，包括：

步驟一、獲取薄壁圓筒的特性參數，所述特性參數包括薄壁圓筒材料的楊氏模量，薄壁圓筒的長度、外徑以及內徑；

步驟二、根據所述特性參數計算薄壁圓筒的當量直徑、薄壁厚度、截面面積、截面慣量以及慣性半徑：

其中，Φ為當量直徑，δ為薄壁厚度，A為截面面積，J為截面慣量，i為慣性半徑，D為薄壁圓筒的外徑，d為薄壁圓筒的內徑；

步驟三、計算薄壁圓筒的臨界失穩載荷：

其中，偏心效應系數k為：

其中，F_cr為薄壁圓筒的臨界失穩載荷，E為薄壁圓筒材料的楊氏模量，L為薄壁圓筒的長度，Φ為當量直徑，δ為薄壁厚度，A為截面面積，J為截面慣量，i為慣性半徑，k為偏心效應系數，e為載荷偏心距。

可選地，所述薄壁圓筒為鋁質液罐。

發明至少存在以下有益技術效果：

本申請的薄壁圓筒的臨界失穩載荷計算方法，可解決無偏心和有偏心受載情況，適用范圍廣泛，可普遍應用于民用、軍用薄壁圓筒結構強度設計和穩定性安全校核。

附圖說明

圖1是本申請一個實施方式的薄壁圓筒結構示意圖；

圖2是本申請一個實施方式的薄壁圓筒結構失穩狀態示意圖。

具體實施方式