【摘要】：對于受外壓作用的圓柱殼,失穩(wěn)失效是其主要的失效形式之一。而圓柱殼的臨界屈曲壓力與其幾何尺寸、幾何缺陷以及材料性能均有緊密的聯(lián)系。在圓柱殼本身的這些影響因素確定的情況下,開孔接管結(jié)構(gòu)作為容器設(shè)備常見的結(jié)構(gòu)形式,破壞了圓柱殼結(jié)構(gòu)的連續(xù)性,往往會致使圓柱殼的臨界屈曲壓力發(fā)生變化。目前,對于含接管圓柱殼的外壓穩(wěn)定性研究相對較少,且往往未考慮結(jié)構(gòu)的真實幾何缺陷對其穩(wěn)定性的影響。因此,開孔接管結(jié)構(gòu)對圓柱殼臨界屈曲壓力的具體影響還需要進(jìn)一步的研究。本文從這一角度出發(fā),采用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對傅里葉級數(shù)模型在含接管圓柱殼數(shù)值模擬中應(yīng)用的有效性進(jìn)行了驗證;并基于傅里葉級數(shù)模型,將開孔接管結(jié)構(gòu)對含接管圓柱殼穩(wěn)定性的影響進(jìn)行規(guī)律性探究。本文通過搭建外壓實驗臺進(jìn)行了含接管圓柱殼的外壓實驗研究。通過實驗研究分析開孔接管結(jié)構(gòu)對于圓柱殼失穩(wěn)形貌具體影響。由實驗后的試樣失穩(wěn)形貌及應(yīng)變數(shù)據(jù)得出:開孔接管對于圓柱殼穩(wěn)定性的影響是局部的。但在開孔較大時,一定程度上會影響開孔位置的失穩(wěn),導(dǎo)致該位置無法形成波形。同時,本文對外壓實驗試樣進(jìn)行3D掃描,根據(jù)掃描缺陷數(shù)據(jù)獲取其掃描模型及傅里葉級數(shù)模型,二者的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)均有較好的吻合,驗證了數(shù)值模擬方法以及傅里葉級數(shù)模型的有效性。本文采用ABAQUS有限元計算軟件,結(jié)合Python腳本語言建立含接管圓柱殼的傅里葉級數(shù)模型并進(jìn)行數(shù)值模擬分析,采用正交試驗的方法研究討論不同幾何尺寸和幾何缺陷的圓柱殼中,開孔接管結(jié)構(gòu)對圓柱殼穩(wěn)定性的影響,并通過接管厚壁補強研究目前的半面積補強法在圓柱殼外壓穩(wěn)定性上的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):在開孔率為0.3~0.7的范圍內(nèi),開孔接管結(jié)構(gòu)對圓柱殼穩(wěn)定性的影響,不僅取決于開孔以及接管厚度的大小,還與圓柱殼本身的穩(wěn)定性有著緊密的關(guān)系。隨著接管厚度的增加,圓柱殼臨界屈曲壓力呈現(xiàn)為一種對數(shù)式增長。圓柱殼本身的臨界屈曲壓力越高,開孔接管結(jié)構(gòu)對其穩(wěn)定性的影響就越為顯著,而相同接管厚壁補強條件下的臨界屈曲壓力削弱比越大�？偨Y(jié)全文,對含接管圓柱殼試樣進(jìn)行了三維幾何形貌的掃描并進(jìn)行了外壓試驗。通過數(shù)值模擬與實驗相結(jié)合的方法,驗證了將傅里葉級數(shù)模型用以研究含接管圓柱殼結(jié)構(gòu)外壓穩(wěn)定性的準(zhǔn)確性。基于傅里葉級數(shù)模型,采用正交法,以不同缺陷幅值、長徑比、開孔率的含接管圓柱殼為研究對象,通過數(shù)值模擬分析研究各因素對臨界屈曲壓力的影響。
【圖文】：

圖 1-1 研究路線框架圖基于傅里葉級數(shù)模型，也就是考慮了圓柱殼幾何形貌缺陷的情況下，本文以不同幅值、長徑比、開孔率的含接管圓柱殼為研究對象，通過數(shù)值模擬分析研究接管厚臨界屈曲壓力的影響，分析接管厚壁補強的可行性。同時，采用外壓實驗、逆向工對數(shù)值模擬研究進(jìn)行驗證及補充。主要研究內(nèi)容如下：（1）由板材卷焊成型圓柱殼，并分別設(shè)置 0.3 及 0.7 兩種開孔率下的接管。通過 3描儀掃描獲取實驗試樣的掃描模型，經(jīng) ABAQUS 對其數(shù)值模擬后獲取各試樣預(yù)計界屈曲壓力及屈曲位置。（2）搭建含接管圓柱殼外壓實驗臺，通過外壓實驗，，獲取不同尺寸參數(shù)下含接柱殼失穩(wěn)時的臨界屈曲壓力及失穩(wěn)形貌，并通過應(yīng)變片測得失穩(wěn)狀態(tài)下個關(guān)鍵點的應(yīng)變數(shù)據(jù)。由實驗結(jié)果分析開孔接管結(jié)構(gòu)對圓柱殼失穩(wěn)的具體作用形式，并為后續(xù)值模擬存儲數(shù)據(jù)。（3）基于簡化傅里葉級數(shù)模型，通過 ABAQUS 模擬計算不同尺寸參數(shù)下含接管殼的臨界屈曲壓力。分析研究幾何缺陷、開孔率、接管厚度等參數(shù)對含接管圓柱殼性的影響程度。并通過不斷增加接管壁厚的方法，研究接管厚壁補強在外壓下的具

12 3 4 5 6 注水口放水口加載口8放空口 壓力表口壓力腔壓力腔1 手孔 2 下托板 3 螺桿 4 圓筒試樣 5 上托6 乙型法蘭 7 平蓋 8 鞍座圖 2-1 外壓實驗裝置示意圖
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH113.25

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本文編號：2634375