一种折角增强多平面柱壳结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种折角增强多平面柱壳结构，所述多平面柱壳结构包括球封头、过渡段、多边形空间板块，还包括加强板、加强杆或加强实体结构，加强板、加强杆或其它加强实体设置在所述柱壳结构上的由多边形空间板块形成的折角凹陷部。本发明的折角增强新型多平面柱壳结构较现有技术中多平面柱壳结构有更好的耐压性能，在相同的几何和材料参数下，折角增强新型多平面柱壳结构能承受的极限压力更大，适于用来制备水下或地下系统中的耐压结构。
【专利说明】一种折角增强多平面柱壳结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及抗压结构领域，特别涉及水下或地下系统中的抗压结构领域。
【背景技术】
[0002]为增强水下或地下系统中结构的抗外压能力，通常会在结构形式上做某些特殊的设计或使用加强结构。美国发明专利US005711244公开了一种具有较强抗外压能力的多平面柱壳结构，这种结构的柱体部分是平面板块在空间上按一定周期折叠拼接而成的，尾部为球封头结构，柱体部分和球封头通过过渡段连接，形成一个密封的类似柱壳结构。
[0003]在这种多平面柱壳结构形式下，由于平面板块在空间上是折叠拼接的，从而增加了柱壳结构的抗弯惯性矩，多平面柱壳结构在受到外压作用时，抗失稳能力和抗缺陷能力较强。此外，由于该结构柱体部分沿长度方向(轴向)呈锯齿形，在受到外压作用时，结构沿轴向会产生一个附加力偶即附加弯矩，在该附加弯矩作用下，结构不可避免的会产生径向转角，从而产生轴向的附加位移，破坏了一般圆柱壳的平面承压刚度，使结构的轴向刚度降低。同时，在锯齿形的折角处弯曲应力增大。另外，多平面柱体部分的各平面板块在拼接时，交汇处会产生一系列几何“尖点”，这种几何特性使得结构在外压作用下尖点处会有较为明显的应力集中。
【发明内容】
[0004]基于上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是改善现有多平面柱壳结构轴向刚度不足、折角处弯曲应力及尖点处应力过于集中的缺陷，提出一种多平面柱壳结构的加强方式，从而得到一种抗压性能好、轴向刚度高、尖点应力集中相对较弱的新型局部加强的多平面柱壳结构。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种折角增强多平面柱壳结构，所述多平面柱壳结构包括球封头、过渡段、多边形空间板块，所述多边形空间板块是由多个平面板块在空间上折叠拼接而成，构成所述多平面柱壳结构的柱体部分，所述球封头位于多平面柱壳结构的尾部，所述柱体部分和所述球封头通过过渡段连接，其特征在于:所述多平面柱壳结构还包括加强板、加强杆和/或其它加强实体(4)，所述加强板、加强杆和/或其它加强实体设置在所述柱壳结构上的由多边形空间板块形成的折角凹陷部。
[0007]其中，所述加强板为平板、曲板、折板中的任一种或多种。
[0008]其中，所述加强板将折角凹陷部封闭或不封闭。
[0009]其中，所述加强杆加强是在折角处用一根杆平放或斜放加强，或在一个折角处使用多根杆平放或交叉进行加强。
[0010]其中，所述其它加强实体通过将实体结构充实到折角凹陷部进行加强。
[0011]按照本发明所述的折角增强新型多平面柱壳结构较现有技术中的多平面柱壳结构具有较大的轴向刚度、较弱的应力集中的良好特性，即折角增强新型多平面柱壳结构较普通多平面柱壳结构有更好的耐压性能。在相同的几何和材料参数下，折角增强新型多平面柱壳结构能承受的极限压力更大。因此，本发明所述结构形式适于用来制备水下或地下系统中的耐压结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是按照本发明的局部加强多平面柱壳结构的示意图；
[0013]图2是图1的局部截面剖面图；
[0014]图3是本发明第一实施方式示意图；
[0015]图4是本发明第二实施方式示意图；
[0016]图5是本发明第三实施方式示意图；
[0017]图6是现有技术中多平面柱壳结构的计算模型图；
[0018]图7是本发明中加强后的多平面柱壳结构的计算模型图。
[0019]图中:1、球封头2、过渡段3、多边形空间板块4、加强实体。
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
[0021]图1是本发明的局部加强多平面柱壳结构的示意图，图2是沿图1的M-M，N-N的局部截面剖面图，图3-5分别显示了按照本发明的局部加强多平面柱壳结构。
[0022]如图3所示，按照本发明第一实施方式的局部加强多平面柱壳结构由球封头1、过渡段2、多边形空间板块3、加强曲板4组成。
[0023]如图4所示，按照本发明第二实施方式的局部加强多平面柱壳结构由球封头1、过渡段2、多边形空间板块3、加强平板4组成。
[0024]如图5所示，按照本发明第三实施方式的局部加强多平面柱壳结构由球封头1、过渡段2、多边形空间板块3、加强杆4组成。
[0025]下面以具体实例建立本发明的加强柱壳结构与现有技术中的多平面柱壳结构的模型，计算在相同几何和材料参数下，受到相同外载荷时的静态响应，用以说明本发明较普通多平面圆柱壳结构的优点所在。
[0026]1、几何模型
[0027]如图6-7所示，计算模型包括未加强的多平面加强柱壳与加强的多平面柱壳。两种柱壳除开局部加强部分完全一致。本实施例中，几何尺寸优选如下:
[0028]长度:L=1160mm其中球封头占总长360臟，过渡段占总长的80臟，多平面柱壳部分占总长的720mm ;半径:R=180mm ;厚度:t=2mm
[0029]在此算例中，将加强板设置于外表面板块相交处正上方10mm。
[0030]加载约束方式:1)未加强多平面柱壳
[0031]约束方式:约束柱壳一边球封头顶点的6个自由度，并惯性释放。
[0032]加载:在整个外表面(内表面)施加均布压力，大小为IMPa。
[0033]2)加强多平面柱壳
[0034]约束方式:约束柱壳一边球封头顶点的6个自由度，并惯性释放。[0035]加载:除开加强板外的所有板块外表面(内表面)施加均布压力，大小为IMPa。
[0036]2、结果
[0037]分别计算两种柱壳在内压与外压情况下的响应。可以得到柱体部分的mises应力、轴向位移、周向位移结果，结果如表1至表3所不。
[0038]从表1可以看出在相同外压(内压)情况下，加强之后的多平面柱体部分的最大应力能够减小约36%。同时，使得尖点处应力集中情况有所缓和，使得板块上应力分布较均匀，材料得到充分利用。
[0039]表1柱体部分最大应力结果
[0040]
【权利要求】
1.一种折角增强多平面柱壳结构，所述多平面柱壳结构包括球封头(I)、过渡段(2)、多边形空间板块(3)，所述多边形空间板块是由多个平面板块在空间上折叠拼接而成，构成所述多平面柱壳结构的柱体部分，所述球封头位于多平面柱壳结构的尾部，所述柱体部分和所述球封头通过所述过渡段连接，其特征在于:所述多平面柱壳结构还包括加强板、加强杆和/或其它加强实体(4)，所述加强板、加强杆和/或其它加强实体设置在所述柱壳结构上的由多边形空间板块形成的折角凹陷部。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述加强板为平板、曲板、折板中的任一种或多种。
3.根据权利要求1和2所述的结构，其中所述加强板将折角凹陷部封闭或不封闭。
4.根据权利要求1所述的结构，其中所述加强杆加强是在折角处用一根杆平放或斜放加强，或在一个折角处使用多根杆平放或交叉进行加强。
5.根据权利 要求1所述的结构，其中所述其它加强实体通过将实体结构充实到折角凹陷部进行加强。
【文档编号】E02D29/045GK103603372SQ201310601976
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月23日 优先权日:2013年11月23日
【发明者】赵耀, 周维新, 袁华, 胡昌成, 潘泽华, 丁超 申请人:华中科技大学