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低温液体半挂车外壳新型加强结构研究(2)

点击数: 2014-06-04 19:06 作者:admin 来源:未知

关键词:低温,液体,半挂车,外壳,新型,加强,结构,研究,2.2,波

 

2.2  波纹式自加强型圆筒

2.2.1  外压加强结构

结构见图2. 1,即把圆筒做成此种波纹形状。此结构的突起和凹陷由模具辊制而成,设置角度α是为了便于滚压时脱模,角度α不宜过大,每个突起和凹陷的长度用L表示,即假设突起和凹陷段长度相等,波高 H,波纹数用n表示,总长用L0表示,即

   屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状的技术。屈曲分析包括非线性屈曲分析和特征值屈曲分析。特征值屈曲分析属于线性分析,它对结构临界失稳压力的预测值要高于结构实际的临界失稳压力值,因此在实际分析中特征值屈曲分析一般不用。

特征值屈曲分析作为非线性屈曲分析的初步评估作用是非常有的。特征值屈曲分析能够预测临界失稳力的大致范围,这就为非线性屈曲分析时所加力的大小提供了依据。非线性屈曲分析要求结构具有初始缺陷,所以特征值屈曲分析完成后可以取第一阶变形结果,作一下变形缩放,得到初始缺陷。

特征值分析只能得到屈曲荷载和相应的失稳模态,分析简单,计算速度快,但是不能得到屈曲后特性,不能考虑初始缺陷如初始的变形和应力状态,不能考虑材料的非线性。非线性分析能够得到结构和构件的屈曲后特性,可以考虑初始缺陷还有材料的非线性包括边界的非线性性能。

(1)单元的选择

本模型结构在厚度方向的尺寸远小于直径和长度方向的尺寸并忽略沿厚度方向的应力所以选用shell93壳单元进行模拟。

壳单元一般为应力单元,用于计算较薄的物体,可以减少计算量。而实体单元可能是应力应变单元,用于较厚的或者是块状物体,计算过程中计算量会大大增加。薄壁结构承受弯矩的时候,如果在厚度方向的单元剖分数太少,有时候计算结果误差比较大,不如壳单元计算准确。

shell93单元是带中间节点的四边形壳单元(可以退化为三角形),是shell63的高阶单元,计算精度比shell63更高,但是由于节点数目比shell63多,计算量会增大。为了增加此模型的计算精度所以采用shell93单元。Shell93单元可以变厚度。输入几个角节点的厚度后,单元厚度可以被认为沿整个单元面平滑变化。中间节点处的厚度取相邻角节点厚度的均值。本单元具有塑性、应力刚化、大变形以及大应变的能力。

(2)建立有限元模型

在ANSYS软件中输入所编命令流,建立模型[16-18],命令流见附录1。

1)模型的建立

厚度t取3 mm,单波纹段长度L取300 mm,波纹数n取25,角度α取20°,高度H取35 mm,总长L0为15937 mm,计算时取材料的弹性模量为2x105 MPa,泊松比为0.3。有限元模型如图2. 2所示。

2)网格剖分

模型在圆周方向剖分40份,对突起和凹陷剖分2份,对高度剖分2份。剖分后模型如图2. 3所示。

3)施加约束和外力

对所建模型在z=0处施加轴向和周向的约束见图2. 4、图2. 5,p为在圆筒表面施加的侧向压力,取0.1 MPa。在模型另一端施加周向约束和轴向平衡载荷,轴向平衡载荷的大小为

在施加力之前一定要确定各表面法线方向一致,以使所加力均为表面压力。

4)计算结果

结构的屈曲模态如图2. 6所示,屈曲载荷系数为0.622452,由于所施加的载荷为0.1 MPa,故结构的临界压力为0.0622452 MPa。

(3)无加强结构筒体临界压力的计算

对于同外径,同长度的圆筒,其临界压力为:

  经比较可知,波纹式圆筒的抗失稳能力显著加强。 

 

 

 

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