载人潜器开孔耐压球壳结构极限强度数值分析
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zzzPsgiolePfrp第８期 王岩等：载人潜器开孔耐压球壳结构极限强度数值分析 ９９ 荷一位移曲线如图６所示。 ｌ ｜ ／ ．● ｉ Ｃ ２．‘ ０．２ ．‘ ｉ．２ ２ ２．ｅ ＤｔＩ’ ａ）方案一
ｂ）方案二 ～ ‰， ｜ “ｎ ｈ ｝ ｍ ‰ ｆ ｌ ｌ ■ 王‘ 霉暑 罩５ Ｄ ’ ｃ）方案三 图６各方案最大位移节点载荷一位移曲线 对比三种方案结算结果如表２所示。对结构的稳定性加 强方面，方案一最好，方案三最差。另外，在曲线到达极大 值点后，方案三的载荷一位移曲线下降速度明显大于另外两个 模型曲线的下降速度。这可能是因为方案一、二的围壁布置 在耐压壳外侧，主要承受压力。即使局部结构应力达到材料 的极限应力发生破坏，其余结构也可以通过塑性变形提高承 载能力，使整体结构承载能力不受到较大削弱。而方案三的 围壁布置在耐压壳内侧，主要承受拉力。所以当局部结构应 力达到材料的极限应力而发生破坏时，整体结构的承载能力 不能得到补偿，会迅速减小。 表２各方案临界屈曲载荷 在实际工程中，无论是建造还是安装都会使耐压壳结构 具有一定的初始缺陷，因此，在设计耐压壳结构时，除了考 虑结构对开孔的加强效果，还应该考虑结构对初始缺陷的敏 感度。对三个方案模型添加初始缺陷２ｍｍ，并调节位移乘 子，进行非线性屈曲分析，得到结果如表３。 表３考虑初始缺陷后各方案非线性分析结果 对比添加初始缺陷前后的非线性屈曲分析结果可以发现 方案一虽然加强效果最好，但是对结构的加工和安装精度要 求较高。在实际设计建造过程中，方案二的结构性能更好。 通过对比分析添加初始缺陷前后的特征值屈曲分析以及非线 性分析结果，可知将围壁结构布置在耐压壳开孔外侧具有更 高的加强效果。 ｃＢ 罄 蹬 霎 径厚比 图７临界载荷一径厚比曲线 由于方案一与方案二均在外侧布置了围壁结构，为了研 究二者之间的区别，对径厚比进一步计算。通过设置多组不 同径厚比的方案，计算结果直接表达了径厚比与非线性分析 临界应力之间的关系，如图７所示。 从图中可以发现，当围壁径厚比在２．１—２．２之间时，对 结构稳定性的加强效果最好。当围壁径厚比在２．２￣２．５之间 时，结构临界屈曲应力随着径厚比的增大迅速减小。这是因 为随着径厚比的增大，围壁结构自身稳定性不断减小，到达 某一临界后，围壁结构会先于耐压球壳失稳，这对耐压壳结 构稳定性是不利的。所以围壁结构径厚比不宜过大。 得到具有初始缺陷的非线性分析结果之后，进行开孔围 壁加强的强度对比分析，对各模型施加５０ＭＰａ的外载荷， 结果如图８。方案一与方案二结构的最大应力出现在开孔端 内侧，分别为５６０．９５ＭＰａ和６０１．１８ＭＰａ，方案三的最大 应力出现在开孔端外侧，为８２３．６８ＭＰａ。通过对比发现方 案三的最大应力较没有开孔时更大，说明通过在开孔外侧布 置围壁结构的方法将中性面向外侧移动，减小了应力。 （下转第２４６页）
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