亚洲成年人黄色一级片,日本香港三级亚洲三级,黄色成人小视频,国产青草视频,国产一区二区久久精品,91在线免费公开视频,成年轻人网站色直接看

一種網(wǎng)格加筋圓柱殼內(nèi)壓強(qiáng)度精確解析的計算方法與流程

文檔序號:12466809閱讀:1030來源:國知局
一種網(wǎng)格加筋圓柱殼內(nèi)壓強(qiáng)度精確解析的計算方法與流程

本發(fā)明提供一種網(wǎng)格加筋圓柱殼內(nèi)壓強(qiáng)度精確解析的計算方法,應(yīng)用于各種網(wǎng)格加筋圓柱殼結(jié)構(gòu)內(nèi)壓強(qiáng)度精確快速設(shè)計計算。



背景技術(shù):

和光筒殼相比,由于可設(shè)計性強(qiáng),承載效率高等特點(diǎn),網(wǎng)格加筋圓柱殼結(jié)構(gòu)形式廣泛用于各類承軸壓薄壁結(jié)構(gòu)中。除軸壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性外,內(nèi)壓強(qiáng)度也常常是網(wǎng)格加筋柱殼的主要設(shè)計工況之一。目前計算網(wǎng)格加筋柱殼內(nèi)壓強(qiáng)度主要有工程簡化計算方法和有限元分析方法兩種。傳統(tǒng)的工程簡化計算方法中忽略網(wǎng)格加筋柱殼結(jié)構(gòu)中筋條的貢獻(xiàn),而只考慮蒙皮的承載能力,導(dǎo)致內(nèi)壓強(qiáng)度余量較大,結(jié)構(gòu)承載效率較低,不利于減重。有限元方法則需要進(jìn)行網(wǎng)格加筋柱殼有限元建模分析,計算效率較低。

由于方法通用,并能精確考慮拉彎耦合項的影響,工程上一般采用基于層合殼理論的正交各向異性圓筒殼穩(wěn)定性計算方法進(jìn)行網(wǎng)格加筋殼軸、外壓穩(wěn)定性設(shè)計,理論和實踐證明這一方法具有較高的精度,但缺乏相應(yīng)的內(nèi)壓載荷下網(wǎng)格加筋柱殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算方法。本發(fā)明基于成熟的層合殼理論,進(jìn)一步導(dǎo)出了內(nèi)壓載荷作用下網(wǎng)格加筋柱殼應(yīng)力強(qiáng)度計算方法,明確了網(wǎng)格參數(shù)對結(jié)構(gòu)內(nèi)壓承載能力的貢獻(xiàn),并采用有限元方法對不同網(wǎng)格形式、不同筋條/蒙皮質(zhì)量比(mb)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和極限承載能力進(jìn)行了計算,通過對比分析驗證本方法的通用性和準(zhǔn)確可靠性。結(jié)果表明,該方法正確可靠,可作為解析方法用于網(wǎng)格加筋柱殼內(nèi)壓強(qiáng)度的準(zhǔn)確快速設(shè)計計算,解決了網(wǎng)格加筋柱殼結(jié)構(gòu)內(nèi)壓強(qiáng)度快速精確設(shè)計計算問題。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種網(wǎng)格加筋圓柱殼內(nèi)壓強(qiáng)度精確解析的計算方法,能夠考慮筋條對網(wǎng)格加筋柱殼結(jié)構(gòu)內(nèi)壓承載能力的貢獻(xiàn),理論推導(dǎo)出網(wǎng)格加筋柱殼內(nèi)壓強(qiáng)度解析計算方法,實現(xiàn)對網(wǎng)格加筋殼內(nèi)壓強(qiáng)度的精確快速計算。

為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案為:

一種網(wǎng)格加筋圓柱殼內(nèi)壓強(qiáng)度精確解析的計算方法,包括以下步驟:

第一步,對網(wǎng)格加筋圓柱殼內(nèi)的筋條進(jìn)行“鋪平”處理

將筋條按等剛度“鋪平”處理,同一角度的筋條等效為一層當(dāng)量“正交”各向異性層,網(wǎng)格加筋部分便可轉(zhuǎn)化成由不同角度的網(wǎng)格筋條“層”組成的正交各向異性層合板。

設(shè)筋條與殼體軸線的夾角為θ、寬度為tw、筋條間距為bs、材料順筋條方向的彈性模量為E,則同一角度的筋條構(gòu)成一當(dāng)量正交各向異性層。該當(dāng)量正交各向異性層的方向角為筋條與殼體軸線的夾角θ,彈性常數(shù)按公式(1)等效:

其中,bs為筋條間距;E1為縱向彈性模量、E2為橫向彈性模量、ν12為主泊松比、G12為縱橫剪切模量,下標(biāo)1、2為材料方向;twA為筋條圓角的等效寬度,按公式(2)計算:

其中,r為筋條圓角半徑;h為筋條高度。

第二步,計算筋條的拉壓剛度

根據(jù)層合殼理論,正交各向異性層合板的拉壓剛度Aij按公式(3)計算:

其中,n為層數(shù);zk、zk-1為第k層上、下表面的坐標(biāo);為轉(zhuǎn)換到結(jié)構(gòu)主方向的剛度元素,稱為偏軸剛度,其下標(biāo)1為殼體軸向、2為殼體環(huán)向、3方向根據(jù)右手坐標(biāo)系確定、6為繞3軸的轉(zhuǎn)動方向。

偏軸剛度按公式(4)由正軸剛度轉(zhuǎn)換得到:

其中,Qij為鋪層材料主方向的剛度元素,稱為正軸剛度,其下標(biāo)1為材料主方向(材料機(jī)械性能大的方向,又稱縱向)、2為材料橫向、3方向根據(jù)右手坐標(biāo)系確定、6為繞3軸的轉(zhuǎn)動方向。

正軸剛度由材料彈性常數(shù)按公式(5)計算:

將公式(1)代入公式(5)可得每層筋條等效層的正軸剛度見公式(6):

第三步,計算網(wǎng)格加筋圓柱殼縱、橫向等效厚度

由公式(3)得到筋條縱、橫向拉壓剛度A11、A22后可得出網(wǎng)格加筋殼筋條/蒙皮質(zhì)量比mb,縱、橫向等效厚度tdx、tdy的精確計算公式(7):

其中,ts為蒙皮厚度;m為組成網(wǎng)格的筋條角度數(shù)。

第四步,計算網(wǎng)格加筋圓柱殼的內(nèi)壓強(qiáng)度

4.1)內(nèi)壓作用下的應(yīng)力計算

對含封頭網(wǎng)格加筋圓柱殼,內(nèi)壓載荷P作用下的軸向應(yīng)力σx、環(huán)向應(yīng)力σy的計算公式分別為:

式中,R為網(wǎng)格加筋圓柱殼殼體半徑。

對不含封頭的網(wǎng)格加筋圓柱殼,有軸向應(yīng)力σx=0。

4.2)強(qiáng)度失效準(zhǔn)則

對承內(nèi)壓結(jié)構(gòu),工程上一般采用第三強(qiáng)度理論(最大剪應(yīng)力失效準(zhǔn)則),即

σ13≤σb (9)

其中,σ1第一主應(yīng)力為內(nèi)壓產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力σ3為第三主應(yīng)力。

4.3)軸壓與內(nèi)壓聯(lián)合作用下的內(nèi)壓強(qiáng)度計算

軸壓與封頭內(nèi)壓聯(lián)合載荷作用下的折合軸壓載荷為:Tzh=T-πR2PF,其中,T為最大內(nèi)壓設(shè)計情況下的軸壓,PF為網(wǎng)格加筋柱殼前封頭壓力。

當(dāng)Tzh≤0時,第三主應(yīng)力σ3=0。將σ1、σ3代入公式(9)可得網(wǎng)格加筋圓柱殼的內(nèi)壓極限承載能力為:

當(dāng)Tzh>0時,第三主應(yīng)力為軸壓產(chǎn)生的軸向壓應(yīng)力將σ1、σ3代入公式(9)可得網(wǎng)格加筋圓柱殼的內(nèi)壓極限承載能力為:所述的網(wǎng)格加筋圓柱殼的內(nèi)壓極限承載能力即為網(wǎng)格加筋圓柱殼的內(nèi)壓強(qiáng)度。

本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明為復(fù)雜網(wǎng)格加筋殼結(jié)構(gòu)內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計提供了一種精確的解析計算方法,適用于各種網(wǎng)格形式結(jié)構(gòu),純內(nèi)壓和軸壓、彎矩、內(nèi)壓聯(lián)合載荷作用下的內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計計算,獲得其極限承載能力。此方法比有限元方法更為直觀清晰、簡潔方便,比原僅考慮蒙皮承載作用的方法更為精確,有利于提高網(wǎng)格加筋結(jié)構(gòu)承載能力,減輕結(jié)構(gòu)重量,實現(xiàn)強(qiáng)度的精確快速設(shè)計。

附圖說明

圖1為正交各向異性層合板示意圖及坐標(biāo);

圖2(a)為正置正交0°/90°的網(wǎng)格參數(shù)示意圖;

圖2(b)為斜置正交±45°的網(wǎng)格參數(shù)示意圖;

圖2(c)為等邊三角形±30°/90°的網(wǎng)格參數(shù)示意圖;

圖2(d)為等邊三角形0°/±60°的網(wǎng)格參數(shù)示意圖;

圖2(e)為沿圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)中A-A線的剖視圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚,下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。可以理解的是,此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明,而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是,為了便于描述,附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。

設(shè)結(jié)構(gòu)為均勻網(wǎng)格加筋圓柱殼,獲得輸入條件,包括以下內(nèi)容:

1)網(wǎng)格加筋殼體半徑為R,由m種角度的筋條和蒙皮組成,筋條角度為0°、90°、±θ或其組合;

2)筋條參數(shù)為壁板厚H、蒙皮厚ts、筋條間距bs、筋條寬度tw、筋條高度h=H-ts、筋條圓角半徑r;

3)材料機(jī)械性能為彈性模量E、極限強(qiáng)度σb;

4)載荷條件為軸壓T、前封頭壓力PF

一種網(wǎng)格加筋圓柱殼內(nèi)壓強(qiáng)度精確解析的計算方法,即結(jié)構(gòu)內(nèi)壓極限承載能力計算步驟如下:

1)將筋條按等剛度“鋪平”處理。將同一角度的筋條等效為一層當(dāng)量“正交”異性層,網(wǎng)格加筋部分轉(zhuǎn)化成如圖1所示的由不同角度的網(wǎng)格筋條“層”組成的正交各向異性層合板。按照公式(2)計算筋條圓角等效寬度。

2)圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)為常用網(wǎng)格參數(shù)示意圖,按公式(3)計算筋條的拉壓剛度。將筋條角度和公式(6)代入公式(5)得筋條的偏軸剛度為:

將公式(10)代入公式(3),疊加得到所有筋條層的縱、橫向拉壓剛度和:

按公式(7)計算網(wǎng)格加筋殼的筋條/蒙皮質(zhì)量比mb和縱、橫向等效厚度tdx、tdy;

4)計算網(wǎng)格加筋圓柱殼的內(nèi)壓強(qiáng)度

4.1)按照公式(8)計算網(wǎng)格加筋柱殼在內(nèi)壓載荷P作用下的軸向應(yīng)力σx和環(huán)向應(yīng)力σy

4.2)按照公式Tzh=T-πR2PF,計算軸壓、內(nèi)壓載荷作用下的折合軸壓載荷Tzh

當(dāng)Tzh≤0時,網(wǎng)格加筋圓柱殼的內(nèi)壓極限承載能力為:

當(dāng)Tzh>0時,網(wǎng)格加筋圓柱殼的內(nèi)壓極限承載能力為:

例如,對r=0的等邊三角形網(wǎng)格加筋殼,將0°/±60°代入公式(7)得到筋條蒙皮質(zhì)量比和、環(huán)向等效厚度分別為tdx=tdy=ts(1+0.375mb)。

Tzh≤0時,將tdx、tdy代入得到內(nèi)壓極限承載能力為:

Tzh>0時,將tdx、tdy代入得到內(nèi)壓極限承載能力為:

為了驗證效果,采用此方法和有限元方法對表1中的8個算例進(jìn)行了一定內(nèi)壓載荷作用下的應(yīng)力和內(nèi)壓極限承載能力對比計算。

表1網(wǎng)格加筋結(jié)構(gòu)參數(shù)(單位:長度mm)

一定載荷作用下的應(yīng)力對比見表2。取有限元分析的蒙皮環(huán)向應(yīng)力最大值σmax、最小值σmin的平均值與解析計算的環(huán)向應(yīng)力值σy的對比,結(jié)果吻合很好,相對差(絕對值)最大為1.47%,最小為0.09%。

表2蒙皮環(huán)向應(yīng)力對比

極限承載能力對比見表3。有限元分析以蒙皮環(huán)向最大應(yīng)力達(dá)到材料極限強(qiáng)度為失效判據(jù)獲得結(jié)構(gòu)內(nèi)壓極限承載能力,結(jié)果吻合很好,相對差(絕對值)最大為3.02%,最小為0.36%。

表3承載能力分析結(jié)果

本專利為復(fù)雜網(wǎng)格加筋殼結(jié)構(gòu)內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計提供了一種精確的解析計算方法,適用于各種網(wǎng)格形式結(jié)構(gòu),純內(nèi)壓和軸壓、彎矩、內(nèi)壓聯(lián)合載荷作用下的內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計計算,獲得其極限承載能力。此方法比有限元方法更為直觀清晰、簡潔方便,比原僅考慮蒙皮承載作用的方法更為精確,有利于提高網(wǎng)格加筋結(jié)構(gòu)承載能力,減輕結(jié)構(gòu)重量,實現(xiàn)強(qiáng)度的精確快速設(shè)計。

當(dāng)前第1頁1 2 3 
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點(diǎn)贊!
1