[发明专利]一种双层柱形耐压壳极限承载能力数值的计算方法

说明书

本发明公开了一种双层柱形耐压壳极限承载能力数值的计算方法，涉及深海工程技术领域；本发明首先建立双层柱形壳初始几何模型，然后建立双层柱形壳有限元模型，并确定双层柱形壳材料的弹塑性参数，定义双层柱形壳有限元模型的截面参数、边界条件，然后采用牛顿迭代法进行非线性求解计算，最后提取双层柱形壳的计算结果；本发明中，内外层柱壳网格节点一一对应，使用一维间隙单元，将复杂接触非线性问题转化为简单小滑移模型，提高了计算效率；同时考虑了几何非线性、材料非线性、边界非线性，采用弧长法进行双层柱形耐压壳极限承载能力非线性屈曲计算，提高了计算精度。

技术领域

本发明涉及深海工程技术领域，尤其涉及一种双层柱形耐压壳极限承载能力数值的计算方法。

背景技术

潜水器是大洋勘查开发的重要装备，耐压壳是潜水器关键部件和浮力单元，在潜水器下潜过程中耐压壳可以确保内部设备不被破坏以及工作人员的安全，同时提供正浮力。圆柱壳是耐压壳的基础承压单元，具有空间利用率高、水动力学特性好、设计计算方便等优点。

然而，圆柱壳极限承载能力对初始几何缺陷非常敏感，导致安全性下降。而双层圆柱壳可以抵消部分初始缺陷带来的影响，相比于普通单层圆柱壳，双层柱壳承载能力、安全性能显著提升。但是，缺乏有关双层柱形耐压壳极限承载能力的计算分析手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中缺乏有关双层柱形耐压壳极限承载能力的计算分析手段的问题提供一种双层柱形耐压壳极限承载能力数值的计算方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种双层柱形耐压壳极限承载能力数值的计算方法，具体包含以下步骤：

步骤1、建立双层柱形壳初始几何模型；

步骤2、建立双层柱形壳有限元模型；

步骤3、定义双层柱形壳的理想弹塑性材料参数；

步骤4、定义双层柱形壳单元模型截面参数；

步骤5、定义双层柱形壳单元模型的边界条件；

步骤6、采用牛顿迭代法进行非线性求解计算；

步骤7、提取双层柱形壳的计算结果。

作为本发明一种双层柱形耐压壳极限承载能力数值的计算方法的进一步优选方案，所述步骤1，建立双层柱形壳初始几何模型，其几何模型是在笛卡尔坐标系下建立的，具体步骤如下：

步骤1.1：在商业软件HYPERMESH中，选择Geom中的nodes，创建坐标为(0,0,0)和(0,0,l)的两个结点；

步骤1.2：选择Geom中的surface，选中圆柱壳，输出半径r，高度l，点击创建，外壳创建完成；

步骤1.3：在右侧Model栏，右击空白处，创建新的component，重新命名，作为内壳，右击选择make current，重复外壳创建过程；

步骤1.4：两端厚板在网格划分完成后，在新的component创建。

作为本发明一种双层柱形耐压壳极限承载能力数值的计算方法的进一步优选方案，所述步骤2，建立双层柱形壳有限元模型，采用四边形为主、三边形为辅的网格单元划分方式，并且周向网格数量不小于个，轴向网格数量不小于个，端部厚板与两层圆柱壳的边缘采用共同结点；内壳网格由外壳网格节点坐标按实际比例，以外壳轴心线为基准缩小周向尺寸；

然后采用GAPUNI一维单元连接内外壳一一对应的结点，GAPUNI单元模拟了当接触方向在空间上固定时两个节点之间的接触，可以设置接触方向和初始分离距离；

h＝d+n·(u²-u¹)