[发明专利]一种钛合金潜水器耐压球壳极限承载力估算方法

说明书

本发明公开了一种钛合金潜水器耐压球壳极限承载力估算方法：步骤一：设定球壳相关参数，其中球壳的中径r、不同厚度值t、不同屈服强度σ_y；步骤二：研究材料屈服强度对球壳承载力的影响规律；将屈服强度对球壳极限承载力的影响定义为塑性衰减因子k_p并求解；步骤三：求得完美球壳非线性临界屈曲载荷P_non：p_non＝k_pp_m‑t；步骤四：研究几何初始缺陷对球壳承载力的影响规律，将几何初始缺陷对球壳极限承载力的影响定义为几何缺陷衰减因子k_imp并求解；步骤五：归纳球壳极限承载力P_real的估算公式：p_real＝k_pk_impp_m‑t；步骤六：根据实际壳体的相关参数值，查找相应数据、代入相关公式，最终算出所需的球壳极限承载力P_real。

技术领域

本发明涉及一种钛合金潜水器耐压球壳极限承载力估算方法。

背景技术

耐压壳作为潜水器的重要组成部分和浮力单元，起着保障下潜过程中内部设备正常工作和人员健康安全的作用，其重量占潜水器总重的1/4-1/2。现有耐压壳多为球形结构，其极限承载力的准确预测，对潜水器的安全性和经济性等性能具有重要影响。

潜水系统和潜水器入级与建造规范(CCS2013)提供了相关的球壳极限承载力的预测方法。其一，数值计算预测法，通过有限元软件的模拟计算，引入初始几何缺陷及弹塑性材料属性可预测球壳的极限承载力和屈曲行为。

其二，该规范16章提供的计算公式：其中：r_in为球壳内径，r_m为球壳中径，t为球壳厚度，σ_t为材料抗拉强度，δ为缺陷幅值，a，b，c，d，j，f，g，h为常系数；在耐压结构的初步设计阶段，用于预测钛合金球壳的极限承载力。

且在球壳非线性数值分析中，基于两种缺陷模拟分析方法被CCS2013认定；一种是基于物理几何初始缺陷分析方法；物理几何初始缺陷分析方法是建模过程考虑实际的缺陷形式如局部凹坑缺陷，表示为结构的初始几何缺陷，然后直接进行非线性有限元分析。另一种是基于屈曲模态的几何初始缺陷分析方法。基于屈曲模态的几何初始缺陷方法，是将无缺陷结构通过屈曲分析得出的屈曲模态，转换为初始几何缺陷，然后进行非线性有限元分析。

有限元数值计算经过多年的研究及总结，可以较准确预测球壳承载力，但软件计算时需设置各样模型参数且参数偏差对结果影响较大；并且缺乏系统的壳体失稳机理的研究与认定。

同时，船级社提供的计算公式虽然可以准确的预测特定情况下钛合金球壳的承载能力，却没有考虑到耐压结构的失稳机理，公式中仅涉及到了材料的抗拉强度，没有涉及到材料的其他相关参数，如屈服强度E、弹性模量μ和屈服强度σ_y，而球壳屈曲行为往往与屈服强度有密切关系。因此，球壳极限承载力的预测方法缺少一种更为系统且运用范围更广的理论公式预测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种承载能力估算准确的钛合金潜水器耐压球壳极限承载力估算方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种钛合金潜水器耐压球壳极限承载力估算方法：

步骤一：设定球壳相关参数，其中球壳的中径r设定为1000mm，厚度值t范围从25mm到80mm，以5mm进行递增，选取共12种厚度；屈服强度σ_y取800MPa、900MPa、1000MPa、1100MPa、1200MPa、1300MPa共6种屈服强度；

步骤二：研究材料屈服强度对球壳承载力的影响；将屈服强度对球壳极限承载力的影响定义为塑性衰减因子，求解塑性衰减因子k_p：