静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器液压成形方法，所述方法包含：步骤一、初始灯笼状单曲率薄壳构件的确定：选取适当的分瓣方案；极板尺寸的确定，制作初始单曲率薄壳；步骤二、利用夹具对初始单曲率薄壳进行固定，夹具与薄壳之间在胀形过程中位移较小的焊缝附近固定并依靠包套实现软接触，实现带动椭球壳转动并在椭球旋转胀形过程中降低对变形的限制；步骤三、转动夹具并逐渐增加转速，在增加转速的过程中提高静液压强，保证静液压强与旋转压强同步成线性增加，当加载达到总载荷后稳定一定时间使其充分变形后卸载，获得胀形后的椭球容器。本发明专利技术利用非均匀分布的液压载荷通过改变球壳的受力状态最终实现了高轴长比椭球壳结构的成形。结构的成形。结构的成形。
【技术实现步骤摘要】
静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器液压成形方法
[0001]本专利技术涉及椭球容器液压成型方法，具体涉及一种静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器液压成形方法，属于容器制造领域。
技术介绍
[0002]椭球形压力容器具有重心低和受风面积小等优点，适合用做大型水塔及储存挥发性液体的压力容器。此外由于椭球形容器外形美观、造型独特且稳定性好，也常被用作微波通讯发射塔上的装饰物。
[0003]传统椭球容器的成形方法为模压法，此方法有着无法精确下料、制造周期长、组装与焊接难度高、精度难以保证、成形模具与压力机尺寸大、适应性差等劣势，极大的限制了椭球容器的广泛应用。为突破上述技术所带来的限制，已有技术提出一种椭球容器无模液压成形方法，其过程为将板材卷弯后拼焊为灯笼状单曲率壳体，在此灯笼状单曲率壳体中注满液体并提高液体压强，使灯笼状壳体在液压作用下逐渐胀形至椭球状壳体。但由于椭球各处曲率不同，轴长比λ大于的椭球在无模液压胀形过程中受内压作用赤道处产生纬向压应力，赤道处极易出现失稳起皱现象，如图1所示。
[0004]为了解决椭球胀形过程中所发生的赤道起皱现象，申请者曾提出了双母线式椭球壳体胀形法等通过调整胀形的初始几何形状来改善椭球胀形过程中赤道所遇到的赤道起皱现象，并在实际成形过程中有效的避免了赤道起皱的问题。该工艺虽解决了椭球胀形过程中起皱的问题，但由于静水液压载荷有着使封闭壳体趋球的趋势，椭球胀形过程中极点处所需载荷小于赤道处所需载荷。当极点胀形至理想高度时，赤道平均半径差无法控制在理想范围内，进一步增加液压载荷以达到赤道处胀形条件时，由于静水液压载荷的趋球作用，极点处高度进一步升高，椭球轴长比下。最终胀形所得到的形状仍难以突破1.3，难以达到预想的成形效果。
[0005]为了解决高轴长比椭球胀形中的极点长高问题，已有技术曾提出极板限位和中心管限位的椭球容器无模液压成形方法，其中，基板限位法利用压力机压紧上下极板进行轴向约束，该方法对压力机的尺寸与开口高度有着较高要求；中心管限位成形方法是指带有中心限位的椭球胀形，该方法存在工艺复杂、需二次胀形等劣势。
[0006]专利文献CN110743956A，涉及一种基于液体体积加载的椭球壳轴长尺寸控制方法及系统，是通过控制注入液体的体积实现了椭球壳体的成形，需要建立数学关系模型，实际成型效果不理想。
[0007]专利文献CN109909395A，涉及一种基于电流自阻加热的椭球气压成形方法，采用电流自阻加热封闭多面壳体进行的椭球热态气压成成型，依然是利用内部高压气体发生气压胀形实现变形，解决的是椭球常温成形开裂的问题。
技术实现思路
[0008]本专利技术为克服现有技术不足，提供一种静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器
液压成形方法。该方法利用非均匀分布的液压载荷通过改变球壳的受力状态最终实现了高轴长比椭球壳结构的成形。
[0009]静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器液压成形方法包含：
[0010]步骤一、初始灯笼状单曲率薄壳构件的确定
[0011](1)选取适当的分瓣方案，椭球液压成形的侧板采用8
‑
24分瓣对初始坯料加工；
[0012](2)极板尺寸的确定，选择距极点处为短轴长度5％
‑
20％的极板横截面的尺寸，根据设计得薄壳构件的分瓣数及极板尺寸，在该尺寸的基础上通过展开方法或有限元法对侧板弯曲前的板材形状进行计算并分析，并以此尺寸对板材进行下料；
[0013](3)将得到的板材加工成侧板结构，对侧板结构尺寸校验并修正，利用上述确定的极板与侧板进行单曲率椭球壳的拼焊制作，验证焊接的密封性，得到初始单曲率薄壳；
[0014]步骤二、利用夹具对初始单曲率薄壳进行固定，夹具与薄壳之间在胀形过程中位移较小的焊缝附近固定并依靠包套实现软接触，实现带动椭球壳转动并在椭球旋转胀形过程中降低对变形的限制；
[0015]步骤三、转动夹具并逐渐增加转速，在增加转速的过程中提高静液压强，保证静液压强与旋转压强同步成线性增加，最大静液载荷p
′
及最大旋转转速n
′
满足以下公式：
[0016][0017][0018]其中，n
′
为旋转转速，p
′
为静液压强，t为椭球薄壳厚度，σ
s
为材料屈服强度，λ为椭球长轴半径与短轴半径之比，a为长轴半径，ρ为液体密度；当加载达到总载荷后稳定5
‑
10s使其充分变形后卸载，获得胀形后的椭球容器。
[0019]本专利技术相比现有技术的有益效果是：
[0020]本专利技术实现了对轴长比为范围内的椭球薄壳构件的成形，解决了所提到的椭球液压胀形时所面临的极点上升短轴伸长的问题，利用非均匀分布的液压载荷通过改变球壳的受力状态最终实现了高轴长比椭球壳结构的成形。此外，通过有限元仿真发现，可实现2＜λ＜2.4范围内的椭球薄壳构件的成形，尽管在λ＞2时赤道处产生起皱趋势，但当总载荷进一步增加时，构件母线并非趋近与正椭圆，而是赤道处经向曲率半径更大的类椭圆，这使得胀形初始阶段所产生的赤道纬向压应力转变为拉应力，进而消除了胀形初期所出现的起皱趋势。
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步地说明：
附图说明
[0022]图1是传统整体无模液压成形轴长比大于的椭球容器的长轴区域焊缝处存在起皱的示意图；
[0023]图2是本专利技术采用静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器液压成形过程示意图；
[0024]图3是本专利技术成型过程中静液载荷与旋转液压载荷复合作用在椭球壳上的受力分
布示意图；
[0025]图4是采用静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器液压成形方法成形轴长比λ为2.4的椭球壳的有限元仿真结果示意图。
具体实施方式
[0026]参见图2
‑
图4所示，本实施方式的静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器液压成形方法包含：
[0027]步骤一、初始灯笼状单曲率薄壳构件的确定
[0028](1)选取适当的分瓣方案，通常分瓣越多精度越高，同时板材宽度降低，一般被用于成形高精度或大尺寸构件，分瓣越少总焊缝长度越低，加工成本较低，一般被用于尺寸精度较低且需低成本的情况，兼顾精度与成本，椭球液压成形的侧板采用8
‑
24分瓣对初始坯料加工；
[0029](2)极板尺寸的确定，较大的极板尺寸受焊缝约束更小，更易于变形的发生，同样极板减薄更为明显，总体考虑根据使用进行设计，极板通常为分瓣数的正多边形或圆形，选择距极点处为短轴长度5％
‑
20％的极板横截面的尺寸，根据设计得薄壳构件的分瓣数及极板尺寸，在该尺寸的基础上通过钣金件设计中展开法或有限元法对侧板弯曲前的板材形状进行计算并分析，并以此尺寸对板材进行下料；
[0030](3)将得到的板材加工成侧板结构，对侧板结构尺寸校验并修正，利用上述确定的极板与侧板进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器液压成形方法，所述方法包含：步骤一、初始灯笼状单曲率薄壳构件的确定(1)选取适当的分瓣方案，椭球液压成形的侧板采用8
‑
24分瓣对初始坯料加工；(2)极板尺寸的确定，选择距极点处为短轴长度5％
‑
20％的极板横截面的尺寸，根据设计得薄壳构件的分瓣数及极板尺寸，在该尺寸的基础上通过展开方法或有限元法对侧板弯曲前的板材形状进行计算并分析，并以此尺寸对板材进行下料；(3)将得到的板材加工成侧板结构，对侧板结构尺寸校验并修正，利用上述确定的极板与侧板进行单曲率椭球壳的拼焊制作，验证焊接的密封性，得到初始单曲率薄壳；步骤二、利用夹具对初始单曲率薄壳进行固定，夹具与薄壳之间在胀形过程中位移较小的焊缝附近固定并依靠包套实现软接触，实现带动椭球壳转动并在椭球旋转胀形过程中降低对变形的限制；步骤三、转动夹具并逐渐增加转速，在增加转速的过程中提高静液压强，保证静液压强与旋转压强同步成线性增加，最大静液载荷p
′
及最大旋转转速n
′
满足以下公式：满足以下公式：其中，n
′
为旋转转速，p
′
为静液压强，t为椭球薄壳厚度，σ
s
为材料屈服强度，λ为椭球长轴半径与短轴半径之比，a为长轴半径，ρ为液体密度；当加载达到总载荷后稳定5
‑
10s使其充分变形后卸载，获得胀形后的椭球容器。2.根据权利要求1所述静液载荷与旋转载荷复合加载的椭球容器液压成形方法，其特征在于：步骤三中加载的初期阶段以每次增加10％逐步提高总载荷。3.根据权利要求1所述静液载荷与...
【专利技术属性】
技术研发人员：滕步刚，李喆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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