论文摘要
薄壁球壳作为一种基本结构元件,广泛应用于各种运载工具和压力容器,如航天器和深水工程的压力容器等,因此研究薄壁球壳的屈曲具有重要意义。对薄球壳在局部冲击载荷作用下的研究工作将具有重要的理论和应用价值。随着大家对结构安全的关注,对薄壁球壳力学特性的研究也越来越多。本文针对不锈钢的薄壁球壳进行了静态和动态的压缩实验。通过静态的薄壁球壳压缩实验得到的数据进行分析,结果表明:薄壁球壳在压缩翻转失稳时的临界位移δc与薄壁球壳厚度t的比值δc/t和薄壁球壳半径R与厚度t的比值径厚比R/t相关,随着薄壁球壳特征尺寸径厚比R/t的增大,临界翻转位移δc/t增大。薄壁球壳变形力响应曲线随着径厚比R/t的增大而减小。对两种计算曲线和实验曲线的比较得出:通过对计算曲线和实验曲线比较分析得出弹性计算模型在压缩的初始阶段与实验曲线符合的比较好;刚塑性计算曲线在球壳压平的阶段与实验的曲线差别比较大,随着压缩位移的增大,刚塑性计算曲线和实验曲线吻合的比较好。动态压缩实验是在霍普金森杆上进行,动态数据主要包括动态的位移—时间曲线和力—时间曲线,对两条曲线获得进行了详细的介绍,得到了不同冲击速度下的力—位移曲线,对得到的曲线与静态曲线进行了比较分析,分析表明:在压缩的初始阶段,动态的压缩力要小于静态的压缩力。径厚比R/t相同的薄壁球壳在动态冲击压缩下,半径、厚度越小,所需要的压缩力越小。薄壁球壳在冲击压缩下更容易形成非对称屈曲,随着冲击速度的增加,薄壁球壳失稳形成的多边形的边数有增加的趋势。对动态实验进行了有限元计算,在有限元计算结果与实验得出的结果比较吻合的情况下通过有限元计算得到:薄壁球壳随着冲击速度的增加产生非对称屈曲所需要的压缩位移和压缩力不断增加。