一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法技术

本发明专利技术提供一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法，包括：建立不同加强筋厚度的加筋圆柱壳三维模型；对不同加强筋厚度模型施加轴向载荷和不同位置的径向扰动；对径向扰动的反力最大值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，由拟合曲线得到所设计结构屈曲载荷预测值；打印不同加强筋厚度的试样；对试样施加轴向载荷，且利用探针在不同位置对试样施加径向扰动；对探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测试样的极限承载压力。本发明专利技术针对不同加强筋高度的加筋圆柱壳，实现了对加筋圆柱壳的无损检测，得出了将强筋厚度以及径向扰动作用位置对预测结果准确性的影响，提高了对加筋圆柱壳极限承载能力测量的准确性，避免圆柱壳的损耗。避免圆柱壳的损耗。避免圆柱壳的损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法


[0001]本专利技术涉及无损检测技术和结构设计领域，尤其涉及一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法。

技术介绍

[0002]薄壁壳结构广泛应用于工程实际之中，这种结构所用的材料不多，但却具有较大的承载能力。但由于薄壁圆柱壳径厚比大，容易在纵向载荷下发生屈曲失稳，对其进行加筋可以有效提高其屈曲承载力。由于初始缺陷的存在，加筋圆柱壳的实际承载能力要比基于完美模型的理论或者数值预测的极限承载能力小很多。因此，如何在圆柱壳结构的设计阶段合理而准确地预测所设计结构的极限承载能力，实现兼具安全性与轻量化特性并且适用于工程应用的屈曲载荷设计方法，一直是需要迫切解决的难点。此外，如何选择合适的加强筋厚度也是有待解决的难题。
[0003]目前，对于圆柱壳的极限承载能力预测的研究方法主要是实验和数值模拟相结合。实验主要是通过对加筋圆柱壳施加不同轴向压力至屈曲失稳，以得到其极限承载能力。但是，在每组实验中，试样均为一次性消耗品，无法重复利用，导致实验成本较高，且对于不同加强筋厚度的加筋圆柱壳，无法在不损伤试样的情况下确定加强筋厚度对结构强度的影响。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法。
[0005]一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法，包括以下步骤：建立不同加强筋厚度的加筋圆柱壳三维模型；基于数值模拟对不同加强筋厚度模型施加轴向载荷和不同位置的径向扰动；对数值模拟得到的径向扰动的反力最大值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，由拟合曲线得到所设计结构屈曲载荷预测值；打印不同加强筋厚度的加筋圆柱壳试样；对加筋圆柱壳试样施加轴向载荷，且随着轴向载荷的变化，利用探针在不同位置对加筋圆柱壳试样施加径向扰动；对探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测加筋圆柱壳试样的极限承载压力。
[0006]在其中一个实施例中，所述建立不同加强筋厚度的加筋圆柱壳三维模型，具体包括：根据预设的圆柱壳参数，建立不同加强筋厚度的加筋圆柱壳三维模型，其中，所述圆柱壳参数包括圆柱壳加强筋厚度、圆柱壳内径、圆柱壳壁厚、圆柱壳高度和圆柱壳的材料。
[0007]在其中一个实施例中，所述基于数值模拟对不同加强筋厚度模型施加轴向载荷和不同位置的径向扰动，具体包括：使用有限元模拟软件Abaqus对加筋圆柱壳三维模型施加轴压，并持续增加轴压，对于每个不同的轴压加载时，同时使用探针对加筋圆柱壳三维模型侧面施加径向扰动，所述探针采用固定位移控制。
[0008]在其中一个实施例中，轴压的施加方式采用集中力方式，集中力作用于参考点上，
参考点由加筋圆柱壳三维模型上表面耦合而成。
[0009]在其中一个实施例中，所述对数值模拟得到的径向扰动的反力最大值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，由拟合曲线得到所设计结构屈曲载荷预测值，具体包括：将同一个加筋圆柱壳试件的不同轴压与相应反力数据进行二次拟合，且轴压数据和相应反力数据一一对应，所述加筋圆柱壳三维模型的极限承载压力由二次拟合曲线的截距得到。
[0010]在其中一个实施例中，所述打印不同加强筋厚度的加筋圆柱壳试样，具体包括：加筋圆柱壳试样材料选用原色尼龙，采用3D打印方式制造试样，设计实验所需加筋圆柱壳试样的参数，参数包括圆柱壳结构的内外径、壳体厚度、加强筋厚度以及圆柱壳高度。
[0011]在其中一个实施例中，所述对加筋圆柱壳试样施加轴向载荷，且随着轴向载荷的变化，利用探针在不同位置对加筋圆柱壳试样施加径向扰动，具体包括：对加筋圆柱壳试样施加递增的轴向载荷，同时利用探针侧面径向施加压力，所述探针采用固定位移控制。
[0012]在其中一个实施例中，所述对探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测加筋圆柱壳试样的极限承载压力，具体包括：提取每个轴向载荷下探针的最大压力值；将每个轴向载荷和对应探针的最大压力组成的数据进行二次拟合；根据二次拟合的结果预测探针压力为0时，对应的轴向载荷大小，得到加筋圆柱壳试样的极限承载压力。
[0013]在其中一个实施例中，在所述对探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测加筋圆柱壳试样的极限承载压力之后，还包括：卸载加筋圆柱壳试样所受的径向扰动，对加筋圆柱壳试样施加轴向载荷至试件崩溃，获取压溃瞬间的轴向载荷值；比较极限承载压力和压溃瞬间的轴向载荷值；判断不同加强筋厚度和不同径向扰动位置下预测的准确度。
[0014]相比于现有技术，本专利技术的优点及有益效果在于：通过建立三维加筋圆柱壳模型，对不同加强筋厚度的加筋圆柱壳同时施加轴压和径向扰动，采用3D打印制造出不同加强筋厚度的加筋圆柱壳试样样品，对加筋圆柱壳试样施加轴向载荷，并通过探针在加筋圆柱壳试样的不同测量区域施加径向扰动，将探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测加筋圆柱壳试样的极限承载压力，从而实现了对加筋结构的极限承载能力的无损检测，同时得出了加强筋的厚度以及径向扰动不同作用位置对预测结果准确度的影响，提高了对加筋圆柱壳极限承载能力测量的准确性，降低了实验成本，且提升了测量的准确性。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例中一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法的流程图；
[0016]图2为本专利技术实施例中模型不同加强筋厚度的示意图；
[0017]图3为本专利技术实施例中加筋圆柱壳屈曲载荷预测原理图；
[0018]图4为本专利技术实施例中探头施加的不同位置示意图；
[0019]图5为本专利技术实施例中不加筋圆柱壳模型不同轴压下探针位移与压力关系的三维曲线图；
[0020]图6为本专利技术实施例中探针最大压力与轴向载荷的二次拟合曲线以及预测结果误差图；
[0021]图7为本专利技术实施例中轴压实验设备示意图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0023]在一个实施例中，如图1至图7所示，提供了一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法，包括以下步骤：
[0024]步骤S101，建立不同加强筋厚度的加筋圆柱壳三维模型。
[0025]具体地，采用三维建模软件(例如：有限元模拟软件)建立加筋圆柱壳三维模型，根据需求设置加筋圆柱壳三维模型的相关参数。
[0026]其中，设计圆柱壳模型结构，圆柱壳参数包括：圆柱壳加强筋厚度、圆柱壳内外径、圆柱壳壁厚、圆柱壳高度和圆柱壳的材料。
[0027]具体的，为了减小误差，模型壳体部分与加强筋分开建模，圆柱壳体采用有限元模拟软件Abaqus建模，加强筋采用三维建模软件solidworks建模，连接壳体和加强筋的表面使其装配到一起；其中，加筋圆柱壳材料可选用金属材料，加强筋厚度分别设置为壳体厚度的1、2、3、4倍，如图2所示。
[0028]步骤S102，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：建立不同加强筋厚度的加筋圆柱壳三维模型；基于数值模拟对不同加强筋厚度模型施加轴向载荷和不同位置的径向扰动；对数值模拟得到的径向扰动的反力最大值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，由拟合曲线得到所设计结构屈曲载荷预测值；打印不同加强筋厚度的加筋圆柱壳试样；对加筋圆柱壳试样施加轴向载荷，且随着轴向载荷的变化，利用探针在不同位置对加筋圆柱壳试样施加径向扰动；对探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测加筋圆柱壳试样的极限承载压力。2.根据权利要求1所述的一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法，其特征在于，所述建立不同加强筋厚度的加筋圆柱壳三维模型，具体包括：根据预设的圆柱壳参数，建立不同加强筋厚度的加筋圆柱壳三维模型，其中，所述圆柱壳参数包括圆柱壳加强筋厚度、圆柱壳内径、圆柱壳壁厚、圆柱壳高度和圆柱壳的材料。3.根据权利要求1所述的一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法，其特征在于，所述基于数值模拟对不同加强筋厚度模型施加轴向载荷和不同位置的径向扰动，具体包括：对加筋圆柱壳三维模型施加轴压，并持续增加轴压，对于每个不同的轴压加载时，同时使用探针对加筋圆柱壳三维模型侧面施加径向扰动，所述探针采用固定位移控制。4.根据权利要求3所述的一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法，其特征在于，轴压的施加方式采用集中力方式，集中力作用于参考点上，参考点由加筋圆柱壳三维模型上表面耦合而成。5.根据权利要求1所述的一种加筋圆柱壳结构极限承载能力预测方法，其特征在于，所述对数值模拟得到的径向扰动的反力最大值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，由拟合曲线得到所设计结构屈曲载荷预测值，具体包括：将同一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟福，朱婷婷，林高建，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：