[发明专利]一种轴压筒壳结构承载力折减因子确定方法

摘要

本发明涉及航空航天、建筑结构主承力薄壁构件的稳定性校核技术领域，公开了一种轴压筒壳结构承载力折减因子确定方法，区别于以NASASP-8007为代表的基于实验经验的传统缺陷敏感度评价方法，以施加径向集中力（扰动载荷）的方式引入凹陷缺陷，首先数值分析单点凹陷缺陷幅度对轴压筒壳轴压承载力的影响规律，确定合理的加载载荷幅度范围；其次进行多点凹陷缺陷的缺陷敏感度分析；然后以加载载荷的幅值和加载位置的分布为设计变量进行实验设计抽样；最后基于枚举法、遗传算法、代理模型等优化技术，寻找限定缺陷幅度的最不利多点扰动载荷，确定轴压筒壳结构承载力的折减因子，建立了更真实可靠、更具有物理意义的轴压筒壳结构缺陷敏感度和承载性能的评价方法。

主权项

1.一种轴压筒壳结构承载力折减因子确定方法，具体包括以下步骤：步骤1：针对完善筒壳结构以施加径向集中力，即扰动载荷的方式引入凹陷缺陷，首先运用有限元数值分析方法计算出不同单点凹陷缺陷幅度下的轴压筒壳结构的轴压承载力，即缺陷敏感度分析，得到径向集中力与凹陷缺陷敏感度之间的关系，确定合理的加载载荷幅度范围，其中，最大的缺陷幅度亦即所引入的最大径向集中力是由制造质量和检测公差决定的；步骤 2：引入多点组合凹陷缺陷进行缺陷敏感度分析，所述多点组合凹陷缺陷引入方式与步骤1中单点凹陷缺陷引入方式一致；以三点凹陷缺陷为例，定义外接圆心与三角形顶点的距离为l，使其从0值开始变化，计算得出相应的屈曲载荷值，绘制出屈曲载荷值与距离l的变化曲线图，并以最小屈曲载荷值所对应的距离值作为有效距离l_e，轴向和环向的加载位置间隔S_a、S_c和相应的加载位置的数目n_a、n_c的表达式如下：其中，L代表筒壳轴向高度，R代表筒壳半径，多点凹陷缺陷（n点）情况下距离l的定义方式与三点凹陷缺陷情况一致，即以外接圆心与正n边形顶点间的距离来定义l；考虑到搜索规模和效率，这里的l取为l_e，确定了n_a、n_c后，每个加载位置都会被分配一个位置编号，位置编号从筒壳底端的0度位置开始，沿轴向由底端至顶端增加，并且也沿着环向增加；将径向集中力N设定为一个优化变量，以N_max为取值上限，以零或者经验小值为取值下限；考虑到计算效率，建议缺陷数目设为3；步骤 3：以径向集中力N和凹陷缺陷的加载位置的数目n_a、n_c作为变量进行实验设计抽样；步骤 4：基于枚举法、遗传算法或代理模型优化技术寻找筒壳结构的最不利多点扰动载荷；优化目标为最小化含有多点凹陷缺陷的筒壳结构的屈曲载荷值，其中，N_n代表第n个径向集中力的位置编号，P_cr为轴压筒壳结构屈曲载荷值，X_i^l代表第i个变量（包括径向集中力N和凹陷缺陷的加载位置的数目n_a、n_c）的上限，X_i^u代表第i个变量（包括径向集中力N和凹陷缺陷的加载位置的数目n_a、n_c）的下限；优化结束后，通过公式：得到改善的折减因子KDF；其中为考虑多点最不利多点扰动载荷条件下的轴压筒壳结构屈曲载荷值，为完善的轴压筒壳结构屈曲载荷值。