真空 ›› 2026, Vol. 63 ›› Issue (4): 31-38.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2026.04.05
顾玉钢1, 张雨晨1, 李忠仁2, 陈永东1
GU Yugang1, ZHANG Yuchen1, LI Zhongren2, CHEN Yongdong1
摘要: 以某型热等静压炉用双层筒壁芯筒为研究对象,基于圆筒屈曲理论,探究等剪切力预应力钢丝缠绕层对芯筒屈曲失效行为的影响。采用弹性预应力屈曲分析与弹塑性屈曲分析两种数值仿真方法,将仿真得到的外压屈曲临界压力与基于经典Bresse-Bryan公式的解析值进行对比验证。结果表明:Bresse-Bryan公式的解析值与数值仿真结果存在显著偏差,且解析值偏高,无法准确表征芯筒的实际外压承载能力;相较于弹性预应力屈曲分析结果及解析值,弹塑性屈曲分析的计算结果与实际承载特性的吻合度更高。进一步探究双层筒壁的层间间隙、滑移效应及水冷槽结构对芯筒外压屈曲临界压力的影响,发现层间间隙增大、界面摩擦系数降低及水冷槽的设置,均会导致芯筒外压屈曲临界压力下降。本文研究成果为预应力钢丝缠绕芯筒结构的外压屈曲失效分析提供了理论支撑与工程设计指导。
中图分类号: TH122,O344.3
| [1] Altiparmak S C, Lombardi M, Bondioli F, et al.Hot isostatic pressing for powder-based additive manufacturing of metals:state-of-the-art review and future perspectives[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2025, 39(6):4794-4822. [2] 徐磊,郭瑞鹏,吴杰,等.钛合金粉末热等静压近净成形研究进展[J].金属学报,2018,54(11):1537-1552. [3] 宋富阳,张剑,郭会明,等.热等静压技术在镍基铸造高温合金领域的应用研究[J].材料工程,2021,49(1):65-74. [4] Hong Minsung, Hwang Seongsik, Kim Chawon, et al.Fabrication of alloy 625/316H cladded component using hot isostatic pressing:corrosion and mechanical property evaluation in molten chloride salts[J]. Journal of Nuclear Materials, 2025, 612:156130. [5] 张海洋,史金靓,张绪虎,等.复杂钛合金进气道热等静压近净成形技术研究[J].推进技术,2022,43(8):378-384. [6] 蔡超,薛鹏举,吴言,等.热等静压成形Ti6Al4V制件的石墨控形精度与Ni耐磨涂层性能研究[J].电加工与模具,2016(4):49-52,61. [7] 都喜望,李文,殷亚军,等.Ti6Al4V钛合金热等静压过程温度与压力对孔洞闭合行为的影响[J].铸造,2025,74(8):1081-1086. [8] 刘文彬,莫仕栋,谢月光,等.热等静压消除金属增材制造构件孔隙的研究进展[J].材料研究与应用, 2021,15(3):287-296,305. [9] 赵军,李鸿举,刘时兵,等.大型热等静压装备及技术的发展与应用[J].大型铸锻件,2025(5):24-31. [10] 顾玉钢,张雨晨,周秀芝,等.185 MN预应力钢丝缠绕机架轻量化缠绕技术研究[C]//压力容器先进技术——第十一届全国压力容器学术会议,2025:245-252. [11] Chen H X, Zhang D M, Ye Q.Large-scale and industrialized HIP equipment for the densification of additive manufactured parts[C]//Hot Isostatic Pressing. Materials Research Proceedings,2019(10):47-57. [12] 颜永年,俞新陆.机械设计中的预应力结构[M].北京:机械工业出版社,1989. [13] 刘佳锋,向志海,薛明德.内压与轴向拉力作用下锥壳与圆筒连接结构的屈曲分析[J].压力容器,2023, 40(4):21-29. [14] 王泽武,李雅阁,夏良志,等.圆筒形薄壳热屈曲临界温度理论解及修正[J].机械强度,2017,39(1):149-153. [15] 刘羽霄,葛涛,王世刚.椭圆度对外压长圆筒体临界屈曲载荷的影响[J].石油机械,2007, 35(10):66-68. [16] Gu Wenguang, Fan Haihui, Hou Yihang.Simulating the effects of geometric imperfections on the buckling of axially compressed cylindrical shells through reducing localized stiffness[J]. Thin-Walled Structures, 2024, 205(Part A):112410. [17] Chen Lei, Rotter J M.Wind buckling analysis of cylindrical shells with various geometric imperfections[J]. European Journal of Mechanics-A/Solids, 2024,107:105395. [18] 尹宗勋,高炳军,董俊华.薄壁圆筒局部限制失稳的试验及有限元研究[J].燕山大学学报,2018, 42(1):29-33. [19] Croll J G A. Towards a rationally based elastic-plastic shell buckling design methodology[J]. Thin-Walled Structures,1995, 23(1/4):67-84. [20] Zhang P, Gu F W, Cao Z L, et al.Theoretical and experimental research on the critical buckling pressure of the thin-walled metal liner installed in the composite overwrapped pressure vessel[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2024, 212(Part A):105335. [21] 石乾宇,唐卉,李琪.基于非线性预应力结构的特征值屈曲分析[J].化工设备与管道,2017, 54(4):7-9,30. [22] 刘帅. 径向载荷作用下圆筒稳定性的对比研究[J].化工装备技术,2020, 41(1):30-32. [23] 贾晓亮,陈志伟,李正驰,等.预应力钢丝缠绕超高压容器的仿真分析及优化设计[J].大型铸锻件,2025(5):5-9. [24] GB/T4732.1~GB/T 4732.6-2024压力容器分析设计[S]. [25] ASME BPVC.VIII.2-2021 Rules for construction of pressure vessels Division 2 alternative rules[S]. [26] GB/T 150.3-2024压力容器第3部分:设计[S]. [27] GB/T 34019-2017超高压容器[S]. |
| [1] | 李鸿举, 刘时兵, 刘田雨, 赵军, 史昆, 李重阳, 李昕祺. 真空感应磁悬浮熔炼法制备BT22合金及其组织与性能研究[J]. 真空, 2025, 62(4): 59-63. |
| [2] | 马源辰, 李忠仁, 王颖, 艾春江, 宋家兴, 张旺, 胡永佳. 热等静压预应力容器缠绕钢丝优化及数值模拟[J]. 真空, 2025, 62(4): 39-43. |
| [3] | 李忠仁, 杨洪帅, 王颖, 宋家兴, 马源辰, 张旺, 顾玉刚. 热等静压炉耐压试验升压时间的计算[J]. 真空, 2025, 62(3): 21-26. |
| [4] | 赵延义, 施承天, 李绍杰, 孙松刚, 王飞, 李灿伦. 圆筒形真空容器H型加强圈简化设计计算及数值验证[J]. 真空, 2024, 61(6): 33-37. |
| [5] | 宋家兴, 张功明, 王颖, 李忠仁, 陈鼎, 苏宁, 陈博龙. 热等静压炉锻造框架仿真分析[J]. 真空, 2024, 61(3): 96-99. |
| [6] | 王颖, 邢旺, 明悦, 朱一鸣. 等静压机钢带缠绕式工作缸结构强度数值模拟[J]. 真空, 2021, 58(3): 82-85. |
|