内压载荷下复杂薄壁箱形结构数值模拟与优化设计

摘要

基于有限元软件MSC.Marc/Patran,考虑材料非线性和几何非线性,对装配式不锈钢水箱这种以内压载荷为主的复杂薄壁箱形结构的力学响应进行了数值分析.得到了箱体在内压载荷下的应力和位移变化特性,箱体各模压板块中与加强槽毗邻的球冠边缘区域的应力始终占控制地位;获取了箱体的屈曲失效模式,基准模型箱体底板的屈曲临界载荷为0.080 MPa;分析了屈曲临界载荷数值模拟值与经典理论值之间存在较大差异的原因.通过对模压板块的球冠高度与直径、加强槽的位置和尺寸以及强化拉筋的布置方式等参数进行优化,提高了箱体的承载能力.数值模拟结果与试验数据较为一致,表明了所用数值方法的有效性.