[发明专利]一种金属圆柱壳稳定性的计算方法

权利要求书

1.一种金属圆柱壳稳定性的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定金属圆柱壳的初始厚度，根据该初始厚度及金属圆柱壳的实际载荷分布建立金属圆柱壳的有限元模型，对有限元模型划分有限元网格，采用静力分析计算各网格单元应力；

S2、获取各网格单元的许用轴向应力F_xc和许用环向应力F_hc，其中，考虑到圆柱壳长度及边界条件的影响，许用轴向应力F_xc的表达式如下：

当时，

当时，F_xc＝F_y，

式中，F_y为钢材的屈服强度，D为金属圆柱壳的直径，t为金属圆柱壳的初始厚度，E为钢材的弹性模量，C为临界弹性屈曲系数，C_x为长度影响系数，

当时，C＝0.3；当时，

当时，C_x＝1；当时，

M为几何系数，其中，L为金属圆柱壳的长度，η_x为轴向和边界条件有关系数，当金属圆柱壳两端铰接时，η_x＝1.0；当金属圆柱壳一端铰接、另一端固接时，η_x＝3.0；当金属圆柱壳两端固接时，η_x＝6.0；

S3、根据各网格单元的许用轴向应力和许用环向应力，验算初始厚度下金属圆柱壳各网格单元的稳定性是否满足如下稳定性校核条件：

式中，f_xc为荷载作用下轴向应力，f_hc为荷载作用下环向应力；

若不满足，则调整金属圆柱壳的初始厚度，返回步骤S1，直至满足稳定性校核条件。

2.根据权利要求1所述的金属圆柱壳稳定性的计算方法，其特征在于，步骤S2中，考虑到边界条件的影响，许用环向应力F_hc的表达式如下：

当F_he≤0.55F_y时，F_hc＝F_he，

当0.55F_y＜F_he≤1.6F_y时，F_hc＝0.45F_y+0.18F_he，

当1.6F_y＜F_he≤6.2F_y时，

当F_he＞6.2F_y时，F_hc＝F_y，

式中，F_he为弹性环向屈曲应力，其中，η_h为环向和边界条件有关系数，当金属圆柱壳两端铰接时，η_h＝0.8；当金属圆柱壳一端铰接、另一端固接时，η_h＝1.0；当金属圆柱壳两端固接时，η_h＝1.2。

3.根据权利要求2所述的金属圆柱壳稳定性的计算方法，其特征在于，步骤S2中，还获取各网格单元的许用剪应力F_v，其表达式如下：

式中，C_v为临界剪切屈曲系数，当时，当时，

4.根据权利要求3所述的金属圆柱壳稳定性的计算方法，其特征在于，步骤S3中，所述稳定性校核条件为：

式中，f_v为荷载作用下剪应力。

5.根据权利要求4所述的金属圆柱壳稳定性的计算方法，其特征在于，荷载作用下轴向应力f_xc、荷载作用下环向应力f_hc、荷载作用下剪应力f_v各自取金属圆柱壳除去上、下两个边缘效应区长度L_R外的中间长度L₀范围内的最大值，L₀＝L-2L_R，L_R＝0.1L。