[发明专利]一种金属圆柱壳稳定性的计算方法

说明书

本发明公开了一种金属圆柱壳稳定性的计算方法，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和许用环向应力，其中，许用轴向应力考虑了圆柱壳长度及边界条件的影响；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稳定性校核条件，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。本发明能达到计算结果合理、可靠性高的目的。

技术领域

本发明属于特种结构设计领域，具体涉及一种金属圆柱壳稳定性的计算方法。

背景技术

目前，关于金属圆柱壳稳定性的传统算法是以理论公式为基础，采用手工简化计算圆柱壳在荷载作用下的应力，根据《海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法-工作应力设计法》(SY/T 10030-2004)3.2.2.b和3.2.5.b条规定计算圆柱壳的许用应力，通过对比荷载作用下的应力与许用应力，进而判断圆柱壳稳定性是否满足。

然而，这种传统该算法存在以下不足：1)对圆柱壳上荷载分布，如平台荷载分布，通常按最不利方位进行了简化，导致计算荷载作用下的应力偏大，偏于保守，造成成本增加，不经济；2)对许用轴向应力的计算，当圆柱壳直径、初始厚度已定，长度达到某一定值后，许用轴向应力将随长度增加而减少，当圆柱壳直径、初始厚度、长度已定，许用轴向应力与圆柱壳两端边界条件相关，两端固接时最大、一端固接一端铰接时次之、两端铰接时最小，但SY/T 10030-2004未考虑壳体长度及边界条件的影响，导致结算结果可靠度不高，而且SY/T 10030-2004仅给出了径厚比小于300的临界弹性屈曲系数，对于径厚比超过300的壳体无设计依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属圆柱壳稳定性的计算方法，它根据荷载实际分布计算荷载作用下的应力，同时考虑壳体长度及边界条件的影响，并提供径厚比超过300的临界弹性屈曲系数，能达到计算结果合理、可靠性高的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种金属圆柱壳稳定性的计算方法，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：