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筋/板的环肋圆柱壳屈曲有限元分析

发布于:2026-02-26 19:34
有限元分析

      环肋圆柱壳是潜艇耐压壳体的一种主要结构形式。失稳破坏是耐压壳体的一种常见破坏模式。环肋圆柱壳的失稳破坏主要有肋骨间的壳板失稳和总体失稳两种形式。对于肋骨间的壳板失稳的计算,通常基于两种稳定性理论,一种是基于线性稳定性理论,一种是基于更加精确的理论。在这两种理论下圆柱壳受不同载荷下的屈曲强度的计算方法已在较多文献中出现。对圆柱壳边界的处理通常认为是,肋骨为壳板提供两端自由支持的支座周界。文献在理论的基础上分析了壳体受到刚性固定,自由支持和自由边界对壳体屈曲强度的影响。然而,在实际的环肋圆柱壳结构中,由于肋骨提供扭转刚度,壳板在与肋骨相交的边界上产生弯矩,壳体边界是介于刚性固定和自由支持之间的一种边界。壳板的屈曲强度也会随着肋骨抗扭刚度的提高而提高。
      因此,在分析壳板屈曲强度时,对壳板边界的处理需要考虑筋/板的相互影响。对加筋平板结构而言,由于筋的影响,板的屈曲强度将提高2345,3+267,8.。对于环肋圆柱壳结构,考虑筋/板相互作用的壳板屈曲强度的研究相对较少。现行潜艇设计规范仍以修正系数的方式来修正这一影响,缺乏严格理论上的支撑。本文的主要目的是,推导考虑筋/板相互影响的加筋圆柱壳壳板屈曲强度的有限元分析方法,分析筋/板的相互关系。通过本文的算例表明,本文推导的计算方法以及所编制的计算程序是可靠的,可以用于工程设计。
      当不考虑肋骨影响时,本文的计算结果为与传统简支方法基本一致。随着肋骨抗扭刚度的提高,壳板屈曲强度也相应地提高。壳板的屈曲强度在本算例中有提高。但是,并非壳板屈曲强度无限提高。当肋骨抗扭刚度达到一定程度,能够为壳板提供刚性固定的边界支持后,壳板屈曲强度的变化就甚微了。在实际的结构设计中,肋骨几何尺寸的确定是综合因素考虑的结果,其扭转刚度是有限的。在特定的肋骨几何尺寸下,可用本文的计算方法分析壳板的屈曲强度。
      本文详细地推导了考虑筋/板相互作用下环肋圆柱壳壳板屈曲强度的理论计算方法。该理论与过去常用的壳板边界简支处理的计算方法相比更加合理,计算结果也更加精确。通过本文的研究可以得到如下的结论:壳板边界简支的计算结果比较保守。壳板边界随着肋骨抗扭刚度的提高向刚性固定边界过渡。刚性固定边界下壳板的屈曲强度比自由支持下壳板的屈曲强度可能会大倍以上。实际壳板边界是在界于自由支持和刚性固定下的弹性边界。
      本文推导的考虑筋/板相互作用下,壳板屈曲强度的计算方法以及相应的计算程序可以较为精确地计算不同肋骨支撑下的壳板屈曲强度。从本文的算例和算例的实验模型可以看到,考虑筋/板相互作用后壳板的屈曲强度有提高。通过几何和物理修正后,本文的计算方法得到的破坏压力非常接近实验结果,而传统方法比较保守。为了不受试验数据数量的限制,今后还需用更多的精车试验模型来进一步分析肋骨对壳板屈曲强度提高的范围。



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