外压条件下承压和非承压薄壁钢圆筒的稳定性分析.PDF

? 技术文章 外压条件下承压和非承压薄壁钢圆筒的稳定性分析 ?? 外压条件下承压和非承压薄壁钢圆筒的稳定性分析 翻译：沈华 摘要： 素的结合，估计海上管道和筒的外压影响。非承压 这篇文章调查了承受相同外压的薄壁钢圆筒 圆筒失稳性主要的特征是失稳后的圆筒横截面为 的结构稳定性。首先简要的讨论了非承压钢圆筒的 椭圆形。图 1a显示的是在压力房里圆筒被压失稳的 失稳性；其次，举例说明了承压钢圆筒的失稳性， 形状，然而，图 1b显示的是用非线性有限元[5]数学 这种钢圆筒受埋藏管道设计的动机影响，周围被弹 模拟实验。? 性介质环绕。一个二维空间模型被建立，该模型沿 上述公式对于埋藏管道[6]或者是用来修复受 着圆筒轴线载重和可塑性都不变。圆筒和环绕的介 损管道的衬板[7]是不适用的。在这些应用中，圆筒 质是模仿的能够解释几何学和物质非线性学的非 壁会产生重要的环绕压力，因为地下水和周围介质 线性有限元。根据圆筒的最初不圆度，圆筒和介质 的渗透性使其处于静水压力环境。当这些环绕压力 之间的最初间隙和环绕介质的坚硬度，承压薄壁圆 达到临界线，钢圆筒就会失稳。然而，在这种情况 筒的反应外压被测定。大量结果显示，在达到压力 下，因为环绕介质的关系，钢圆筒不会轻易的向外 线的最大值后，压力值快速下降。最后，大量结果 变形，在非承压环境下的临界压力用公式（1 ）也 显示和在别处被建议的简化封闭结构表现有很好 就不再适用了。失稳以“内瓣”的形式发生，如图 的对比性，这种结构能够用来埋藏管道的设计。? 2 显示的压力比公式（1）预测的要高很多。? 关键词：? 深入坚硬介质的弹性圆筒的静水压力通过 薄壁??有限元??稳定性?? 失稳性??可塑性? 管道?? Cheney[8]估算，该方法是通过一种能量途径，这种 简介 能量能够导致在临界压力的时候圆筒呈封闭外观。 当遭受相同的静水压力，在非承压横向环境 Glock[9]通过类似的能量公式重新解决这个问题，并 下，薄壁钢管道沿弹性边界会失稳成椭圆形。考虑 解决弹性圆筒静水失稳的问题，设想圆环和坚硬介 等方性弹性行为，相应的临界压力P 等同于：????????????????????????? cr 质间没有摩擦力。潜在能量的最小值并设想环绕圆 筒部分有一个常量环绕离，得出下面失稳压力的计 算表达式：? ???????????????????? （1）? 当E? 是Young’s系数，V是Poisson’s比率，D是圆 ? ??????????????? （3 ）? 筒的直径，t是壁的厚度。当圆筒的直径和厚度的比 实验数据的对比以及非线性有限元结果[10]表 值大于 40 的时候，这种弹性临界压力是有效的。 明 Glock’s 公式（3 ）能够很精确的预测紧密弹性圆 在这种情况下，P 的值明显低于屈服压力P