[发明专利]一种球形耐压壳力学特性分析计算方法

说明书

本发明公开了一种更适用于球形耐压壳的力学特性分析方法，进而基于真实的缺陷准确得出球形耐压壳的实际承载力，保证深潜器的安全性及可靠性。具体步骤如下：第一步：确定耐压壳表面几何参数；第二步：确定耐压壳壁厚参数；第三步：确定耐压壳材料参数；第四步：计算球形耐压壳的强度及刚度；第五步：计算球形耐压壳的承载力；Step1:建立数值几何模型；完全基于三维扫描获得的真实几何形状，建立球壳的有限元模型，Step2:划分网格；Step3:设置材料参数；Step4：设置非线性屈曲分析参数；采用改进的Riks法进行分析；Step6:获得球形耐压壳的承载力及失稳模式。

技术领域

本发明涉及一种球形耐压壳力学特性分析计算方法。

背景技术

潜水器结构通常是由更具流线型的轻外壳和提供常压工作环境的耐压壳组成。耐压壳是潜水器结构的重要组成部分，密闭的空间保证了壳内压力的稳定及深水中人员作业的安全；同时，也是潜水器浮力的主要提供者，其重量占潜水器总重量的1/4～1/2。因此，耐压壳体的强度及稳定性的研究是保证潜水器工作可靠性的重要一步。现有设计规范及相关专利依然存在如下技术缺陷：

1、现有设计规范(CCS2013)中,球形耐压壳的强度应力计算基于薄壳理论，而适用于大深度深潜器的耐压壳往往是中厚壳，薄壳理论已不适用于中厚壳的理论计算。

2、设计规范(CCS2013)没有涉及耐压壳变形的计算公式。耐压壳在深海下会产生较大的变形，此变形会影响到布置在耐压壳内部的装置。故而耐压壳的刚度也是必要的校核因素。

3、申请号为CN201710232949.8与申请号CN201710233630.7的发明专利提出了基于一阶模态缺陷的球形耐压壳的承载力预测公式，此预测公式仅适用于耐压壳设计阶段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种更适用于球形耐压壳的力学特性分析方法，进而基于真实的缺陷准确得出球形耐压壳的实际承载力，保证深潜器的安全性及可靠性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种球形耐压壳力学特性分析计算方法，具体步骤如下：

第一步：确定耐压壳表面几何参数；采用高精度三维扫描仪获取耐压壳表面几何形状，再通过逆向处理，获取球壳的平均半径r；

第二步：确定耐压壳壁厚参数；采用无损测厚仪等间距的测量耐压壳的壁厚，获取平均厚度t；

第三步：确定耐压壳材料参数；获取母材的材料参数：泊松比ν、弹性模量E和屈服强度σ。

第四步：计算球形耐压壳的强度及刚度；将前三步获取的参数及耐压壳的工作压力导入基于厚壳理论的应力与变形公式，分别求得球形耐压壳的强度与刚度结果；

第五步：计算球形耐压壳的承载力；

Step1:建立数值几何模型；完全基于三维扫描获得球壳外表面的真实几何形状，建立球壳的有限元模型；此模型中包含了真实初始几何缺陷，模型的厚度由外表面向内赋值，厚度赋值为无损测厚的平均壁厚或者按照无损测厚获得的每个离散点的值对应赋值；且当厚度测量值的标准差小于0.03，选择平均壁厚进行厚度赋值；

Step2:划分网格；数值几何模型需划分成四边形和三边形网格，保证四边形网格数占总网格的90％以上；网格尺寸需通过网格密度的收敛性分析确定；

Step3:设置材料参数；设置相应材料的弹性模量，泊松比及屈曲强度参数；