均布内压等厚球壳局部塑性失稳研究

论文摘要

球形容器(简称球罐)是存储和运输各种气体、液化气体、液体的压力容器，至今已广泛应用于石油、化工、石化、冶金、轻工、航天、核能、城建等部门。而它们在制造和使用过程中难免要产生缺陷，准确有效的评估这些缺陷对压力容器承载能力的影响，做到既保证压力容器安全，又要更大程度的挖掘其潜力，对于安全生产及提高经济效益有着重要的意义。 相关的力学问题是成功设计重要部分，本文旨在讨论球壳的塑性极限载荷分析问题，为压力容器在设计和使用的安全性、可靠性提供理论保证。本文首先采用有限元分析软件比较了几种典型工况薄球壳的弹塑性解，其次引入了实心圆轴扭转测定本构关系的概念和方法，并运用虚功原理来推倒大变形下薄球壳的极限载荷，通过两种方法的分析比较，为压力容器的设计和使用提供理论依据，对于指导实际的工程有很大的意义。 本文所处理的模型属于既有材料非线性，又有几何非线性。本文研究了无缺陷不同厚度球壳的三种工况和相同厚度有缺陷球壳的三种工况，再与虚功理论算法进行比较，根据塑性失稳点产生的特点，找出压力容器在加载过程中的局部塑性失稳点，由应变场、应力场以及径向位移对其加以监控，从而保证了压力容器在使用过程中的安全。 球壳在工程中有着广泛的应用，但对于球壳在内压很大时产生大变形的理论研究相对不足。本文通过有限元软件对球壳在发生大变形时进行了模拟，为球壳的设计提供了一些参考。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.1.1 中国压力容器发展
• 1.1.2 论文的研究意义
• 1.2 论文所涉及的力学内容及其发展
• 1.2.1 受内压作用的球壳局部拉伸塑性失稳问题的力学分析
• 1.2.2 非线性有限元和分叉问题的发展
• 1.2.3 大应变本构关系的研究及国内外发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 弹塑性问题有限单元法及大应变弹塑性本构理论
• 2.1 弹塑性问题有限单元法
• 2.1.1 非线性问题
• 2.1.2 弹塑性问题有限单元法简介
• 2.2 大应变弹塑性本构理论基础
• 2.2.1 大应变应力应变描述
• 2.2.2 虚功方程
• 2.2.3 本构方程
• 2.2.4 刚度矩阵
• 第3章 实心圆轴扭转测定本构关系的概念和方法
• 3.1 材料实验方法简史
• 3.2 实心圆轴扭转试验绘制应力应变曲线方法简介
• 3.2.1 剪切的“真实”应力、“真实”应变
• 3.2.2 γ|～可作为有限应变的度量
• 3.2.3 有限应变下剪切与拉伸应力应变间的关系
• *—γ^*曲线确定有限应变本构关系'>3.3 以τ^*—γ^*曲线确定有限应变本构关系
• 2增量流动理论简介'>3.3.1 等向硬化大应变J₂增量流动理论简介
• 3.3.2 变形和运动分析
• 3.3.3 应力分析
• 3.3.4 确定h函数
• 3.4 举例及分析
• 第4章 大应变弹塑性力学场的有限元建模及球壳的塑性理论分析
• 4.1 材料建模
• 4.1.1 整体模型介绍
• 4.1.2 球壳的材料建模
• 4.2 网格划分
• 4.2.1 普通的网格划分模型
• 4.2.2 网格大小的影响
• 4.3 边界条件简化
• 4.4 球壳的塑性理论分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 球壳局部塑性失稳数值计算和理论计算
• 5.1 球壳内压的局部塑性失稳的概念
• 5.2 球壳局部塑性失稳典型工况有限元计算
• 5.3 球壳塑性失稳理论分析
• 5.3.1 理论分析步骤介绍
• 5.3.2 计算实例
• 第6章 球壳局部塑性失稳计算结果分析
• 6.1 数值仿真法和虚功理论法计算球壳塑性失稳的比较
• 6.2 球壳厚度的影响
• 6.3 球壳缺陷的影响
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢