拉伸载荷下L形壳体的失效模式分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.coml=IL械度2008，30(2)：235—238拉伸载荷下L形壳体的失效模式分析FAⅡUREMoDEANAISiSOFL—SHAPEDSHELLSTRUCTUREI巾IERTENSⅡLoADING黄鹏莫军徐兵范志赓黎维芬HUANGPengMOJunXUBingFANZhiGengLIWeiFen(中国工程物理研究院总体工程研究所，绵阳621900)(SystemEngineeringInstitute，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China)

2、摘要对一种典型的L形壳体结构进行失效模式研究，首先对L形壳体进行拉伸破坏实验，得到结构的载荷一位移曲线，其次，采用弹塑性接触算法和自适应网格技术，对实验过程进行有限元数值模拟，数值模拟得到的载荷一位移曲线以及变形结果与实验结果相当一致，最后通过综合分析得出拉伸载荷下L形壳体的失效模式表现为局部弯矩导致的过量塑性变形失效。关键词L形壳体失效模式自适应网格数值模拟中图分类号TB1150344．3AbstractThefailuremodeanalysisoftypicalL-shapedshellstructureisresearched．Thefailure

3、experimentaboutL-shapedshelstructureiscarriedout，andthecurveofload-displacementisobtained．Then，thefiniteelementnumericalsim~ationaboutfailureex·perlmentispresentedbyusingelastic·plasticcontactcomputationandadaptivemeshtechnique，andtheresultsobtainedbynumericalsimulationarecoincide

4、ntwiththoseobtainedbyexperiment．3~oughcomprehensiveanalysis，thefailuremodeofL-shapedshelstmc—tureundertensileloadingisrevealed，whichistheexcessplasticdeformationfailurecausedbylocalmoment．KeywordsL-shapedshellstructure；Failuremode；AdaptivelI础：NumericalsimulationCorrespondingauthor

5、：HUANGPeng，E-mail：dearhuang@hotmail．corn，Fax：+86·816·2281485TheprojectsupportedbytheSpecialFoundationofChinaAcademyofEngineeringPhysics(No．2002-421050503—4—02)．Manuscriptreceived2(1060330，inrevisedform20060807．一步采用实验和有限元计算相结合的方法对L形壳体1引言的失效模式进行深入研究。L形壳体形式常见于压力容器、火箭发动机的外首先在MTS810试验机

6、上对某L形壳体进行拉伸壳体连接_l。J，该类壳体形式为典型的环一壳组合壳破坏实验，同时建立该实验试件和夹具的轴对称有限体。文献[3]埘将L形壳体看成由弹性圆环和长圆柱元模型，采用弹塑性接触算法和自适应网格技术对实形壳组成，给出环一壳连接截面的位移协调方程，进而验过程进行数值模拟。最后，本文结合实验和数值模给出拉伸载荷下的壳体内力求解方程，求得内力后推拟说明该类壳体在拉伸载荷作用下的失效模式，并给出应力解析解。文献[3的进一步分析表明拉伸载出结构的载荷一位移曲线，本研究结果为该类壳体的荷下L形壳体会在环一壳连接处产生局部弯矩，该局强度和刚度设计提供参考。部弯

7、矩将导致环一壳连接处产生较大的弯曲应力。文2有限元模型及其计算方法献[4]对一圆筒形连接壳体结构进行了单向拉伸实验，发现壳体连接部位刚度随着拉伸载荷的变化而变化，2．1实验状态及有限元模型但其研究范畴仍然在弹性范围内，没有涉及到壳体的对L形壳体进行拉伸破坏实验，试件为圆筒形，端失效模式分析。部制有内凸台，底部制有法兰盘，外形见图la，其材料研究L形壳体的失效模式对于连接壳体的设计具为Q235钢。夹具为变截面的拉杆，材料为45钢。实有重要的意义，若进行失效模式研究，则文献[3给验时，将试件通过螺钉固定在试验机的底盘上，夹持夹出的L形壳体的应力弹性解析解是不够

8、的，还需要进具的端部以施加拉伸载荷，夹具与试件之间通过接触*200