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外压球壳封头屈曲分析及试验研究
| 论文题名： | 外压球壳封头屈曲分析及试验研究 |
| 关键词： | 球壳封头;潜水器;耐压结构;屈曲分析 |
| 摘要： | 球壳封头是深海耐压潜水器上广泛使用的耐压结构，其屈曲耐压特性对整个潜水器的耐压能力具有重要的影响，故对球壳封头屈曲耐压特性研究，对提高深海耐压潜水器的屈曲耐压性能具有重要的理论意义和现实价值。本文以半球封头缩比模型为研究对象，采用试验研究、理论研究和数值法分析相结合的研究方法，分析了其屈曲耐压特性、缺陷对其耐压特性的影响已及球冠封头的屈曲耐压特性。主要研究内容如下： （1）进行了半球封头缩比模型的压溃试验和解析法对比计算，结果显示，Zoelly公式、Karman-钱学森公式、能力分析法公式和实验室修正公式的计算结果与试验值的偏差一次递减，即对于球壳的理论屈曲分析，能力分析法要优于大变形理论，大变形理论要优于小变形理论，实验室修正公式计算结果与试验值最接近，但计算结果仍然偏大，故在设计时需要适当地减小的安全系数。 （2）使用ABAQUS对半球封头缩比模型进行了完美几何线性屈曲分析、完美几何非线性屈曲分析和实际几何非线性屈曲分析。在完美几何条件下的线性屈曲和Zoelly公式计算结果非常接近，但失稳形状与试验结果不相符；在完美几何条件下的非线性屈曲与试验结果存在一定的差距，但屈曲失稳形状比较接近；在实际几何条件下的非线性屈曲与试验结果最为接近，屈曲失稳形状也最为相似。 （3）使用ABAQUS分析了一致模态缺陷对半球封头屈曲特性的影响。对于完美几何，半球封头的屈曲耐压能力会随着缺陷幅值的增加而减小，但其对缺陷的敏感性随缺陷幅值的增大而减弱；对于实际几何，半球封头的屈曲耐压能力基本上是随着缺陷幅值的增加而减小，但是大幅值缺陷对半球封头屈曲能力的影响或正或负，并且其对初始缺陷和小幅值缺陷也非常敏感。故在半球封头的加工制造过程中，为了保证半球封头满足设计的屈曲能力，需要严格的控制其初始缺陷。 （4）使用ABAQUS对等曲率半径和等平行圆直径球冠封头的屈曲特性进行了分析。球冠封头的屈曲特性主要与球冠的曲率半径有关，曲率半径越大，屈曲耐压能力越小；并且球冠封头屈曲应力最大处和屈曲位置都位于靠近球冠封头底端的区域，不随曲率半径和球冠高度发生大的改变。故在进行球冠封头设计时，应当尽可能的使球冠曲率半径小，并且对球冠封头靠近底端的区域进行适当加强。 |
| 作者： | 徐欣宏 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 唐文献 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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