[發明專利]一種軸壓圓筒許用壓縮應力設計方法

在審

• 申請號: 202210475360.1
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114896724A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 陳志平;焦鵬;繆好;歐海洋;朱堯
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發明涉及壓力容器和核工程主承力構件的穩定性設計領域，公開了一種新的軸壓圓筒許用壓縮應力設計方法。通過引入彈塑性影響參數和圓筒結構特征參數，獲得不同屈曲失效模式下軸壓圓筒的屈曲臨界應力值和考慮初始缺陷影響的屈曲臨界應力折減因子。同時，給出了軸壓圓筒的設計安全系數，提出了新的軸壓圓筒許用壓縮應力計算流程。相較于已有方法，本發明提高了計算精度，減少了設計冗余；計算公式更直接，避免了切線模量的迭代計算，設計過程簡便、高效，具有一定先進性；同時，具有足夠的安全裕度。對于促進工程中軸壓圓筒的大型化和輕量化發展具有重要意義。

技術領域

本發明涉及壓力容器和核工程等領域，特別涉及一種軸壓圓筒許用壓縮應力設計方法。

背景技術

圓柱筒殼(簡稱“圓筒”)是壓力容器中重要的基礎件，因其高效的承載性能，廣泛應用于壓力容器和核工程等領域。典型的圓筒，如大型石油儲罐、塔器筒體、核安全殼等在地震、儲料泄放以及設備吊運等工況下易承受沿軸向的壓力載荷而發生屈曲失效，屈曲是其最主要的失效模式。因此，對于實際工程中的大型軸壓圓筒結構，軸壓屈曲是其設計過程中必須重點考慮的失效因素。其中，軸壓下圓筒許用壓縮應力的計算則是設計的重中之重。

目前，盡管GB/T 150.1、ASME BPVC VIII-1、ASME BPVC VIII-2、ASMEⅢ-NB和EN13445-3等現行國內外規范標準對于軸壓圓筒的許用壓縮應力設計值均給出了相應的規定，并提出了各種軸壓圓筒許用壓縮應力的設計方法，但這些方法大多采用線算圖或基于彈性理論的屈曲分析方法，均未同時充分考慮軸壓圓筒材料彈塑性、結構特征以及邊界條件的影響，并給出基于不同屈曲失效模式的軸壓圓筒臨界壓縮應力計算方法。另外，國內外現行標準規范中關于軸壓圓筒許用壓縮應力的設計方法也未充分考慮筒殼的缺陷敏感性。眾所周知，軸壓圓筒結構的屈曲臨界應力實際值與理想彈性圓筒的理論計算值之間存在著顯著差異，前者通常僅為后者的20％～50％，且分散性很大。研究表明，軸壓圓筒對初始缺陷的高度敏感性是造成這一現象的根本原因。為了表征軸壓圓筒的初始缺陷敏感性，實際工程設計中往往需要引入載荷折減因子ρ_KDF的概念，該因子定義為軸壓下真實圓筒結構的屈曲臨界應力與理想圓筒理論計算屈曲臨界應力的比值，它是一個大于0小于1的系數。在圓筒結構設計時，通常取載荷折減因子與理想軸壓圓筒屈曲臨界應力的乘積作為軸壓圓筒許用屈曲臨界應力。因此，軸壓圓筒結構屈曲設計的核心問題之一便是確定出合理的屈曲應力折減因子，準確地考慮圓筒初始缺陷敏感性，并給出可靠的屈曲應力折減因子，是精準預測真實軸壓圓筒屈曲臨界應力的前提，也是建立合理、安全且經濟的軸壓圓筒許用壓縮應力設計方法的關鍵。

與此同時，隨著當今圓筒加工制作工藝的改進、材料體系的更新和質量控制經驗的豐富，現有的軸壓圓筒許用壓縮應力設計方法，往往導致設計結果偏保守，難以滿足我國壓力容器和核工程等領域中圓筒結構大型化和輕量化發展的需要。故亟需建立一種新的更加合理完善的軸壓圓筒許用壓縮應力設計方法。

發明內容

本發明針對目前國內外現行標準規范中關于軸壓圓筒許用壓縮應力的設計方法計算成本高和過于保守等問題，提出一種新的軸壓圓筒許用壓縮應力設計方法。通過引入彈塑性影響參數和圓筒結構特征參數，獲得不同屈曲失效模式下軸壓圓筒的屈曲臨界應力值和考慮初始缺陷影響的屈曲臨界應力折減因子。同時，給出了軸壓圓筒設計的安全系數，提出了新的軸壓圓筒許用壓縮應力計算流程。相較于已有方法，本發明提高了計算精度，減少了設計冗余；計算公式更直接，避免了切線模量的迭代計算，設計過程簡便、高效，具有一定先進性；同時，具有足夠的安全裕度。對于促進工程中軸壓圓筒結構大型化和輕量化發展具有重要意義。

本發明采用的技術方案是：提出一種軸壓圓筒許用壓縮應力設計方法，具體包括以下步驟：

步驟1：根據設計要求確定圓筒的結構特征參數和材料性能參數；所述結構特征參數包括半徑R，長度L，厚度t；所述材料性能參數包括材料彈性模量E，泊松比v，屈服強度R_eL；

步驟2：計算表征軸壓圓筒結構特征的參數η值；