外压模拟计算中卷焊圆筒初始几何形状模型的研究

发布时间：2017-11-12 07:32

  本文关键词：外压模拟计算中卷焊圆筒初始几何形状模型的研究

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【摘要】：在承受外压时,圆筒对制造过程中产生的初始几何形状缺陷非常敏感,较小的几何缺陷值将引起圆筒承载能力大幅下降。失稳失效是外压圆筒失效形式之一,目前标准设计采用安全系数考虑缺陷对圆筒失稳的影响。随着数值模拟技术的发展,学者们开始采用有限元来分析圆筒失稳问题。模拟时,采用何种方式去描述圆筒中的初始几何形状缺陷,目前尚未达到统一认识。本文从这方面出发,基于实测数据提出卷焊圆筒初始几何形状缺陷描述模型,并通过实验验证所得模型的正确性和合理性。采用激光扫描仪扫描卷焊圆筒,获得了圆筒表面轮廓数据,采用傅里叶级数来描述圆筒的初始几何形状缺陷,通过提取和拟合扫描数据获得傅里叶级数中各个系数。将拟合所得傅里叶级数描述的初始几何形状缺陷与扫描数据比较发现,拟合所得到的傅里叶级数能够准确反映相同或类似制造过程卷焊圆筒的初始几何形状缺陷分布。为验证傅里叶级数描述圆筒初始几何形状缺陷的有效性,搭建外压实验装置并对11组圆筒进行外压实验,获得了圆筒临界失稳压力、失稳波数以及对应各个位置应变变化情况。同时,采用ANSYS软件进行模拟计算。模拟计算中,采用双线性材料模型,分别对圆筒扫描模型、傅里叶级数模型和一致缺陷模态模型进行非线性失稳分析。结果表明:扫描模型模拟所得临界失稳压力ps和本文傅里叶级数模型模拟所得临界失稳压力pfl均与实验值pT相吻合;而常用的一致缺陷模态模型模拟所得临界失稳压力pyz普遍小于实验值pT。将傅里叶级数模型和扫描模型模拟所得失稳位置与实验所观察到的失稳位置进行对比,失稳位置具有一定一致性。综上所述,对于相同或类似制造过程的卷焊圆筒,本文拟合所得傅里叶级数可以较为准确描述其存在的初始几何形状缺陷。受外压时,采用该傅里叶级数模型能够较为准确地预测其临界失稳压力,并从一定程度上反映出圆筒的失稳位置。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH49;TG301

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本文编号：1174951