CN203729333U - 一种折角增强多平面柱壳结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型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。本实用新型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。

Description

一种折角增强多平面柱壳结构

技术领域

本实用新型涉及抗压结构领域，特别涉及水下或地下系统中的抗压结构领域。 

背景技术

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。美国实用新型专利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。 

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。 

实用新型内容

基于上述缺陷，本实用新型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。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下： 

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。 

其中，所述加强板为平板、曲板、折板中的任一种或多种。 

其中，所述加强板将折角凹陷部封闭或不封闭。 

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。 

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。 

按照本实用新型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，本实用新型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。 

附图说明

图1是按照本实用新型的局部加强多平面柱壳结构的背对加强实体一侧的示意图； 

图2是按照本实用新型的局部加强多平面柱壳结构的加强实体一侧的示意图； 

图3是沿图2中M-M的局部截面剖面图； 

图4是沿图2中N-N的局部截面剖面图； 

图5是本实用新型第一实施方式示意图； 

图6是图5的局部放大示意图； 

图7是本实用新型第二实施方式示意图； 

图8是图7的局部放大示意图； 

图9是本实用新型第三实施方式示意图； 

图10是图9的局部放大示意图； 

图11是现有技术中多平面柱壳结构的计算模型图； 

图12是本实用新型中加强后的多平面柱壳结构的计算模型图。 

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

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型进行进一步详细说明。 

图1是本实用新型的局部加强多平面柱壳结构的背对加强实体一侧的示意图，图2是按照本实用新型的局部加强多平面柱壳结构的加强实体一侧的示意图，图3是沿图2的M-M的局部截面剖面图，图4是沿图2中N-N 的局部截面剖面图，图5-10分别显示了按照本实用新型的局部加强多平面柱壳结构。 

如图5所示，按照本实用新型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。 

如图7所示，按照本实用新型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。 

如图9所示，按照本实用新型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。 

下面以具体实例建立本实用新型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，用以说明本实用新型较普通多平面圆柱壳结构的优点所在。 

1、几何模型 

如图11-12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： 

长度：L＝1160mm其中球封头占总长360mm，过渡段占总长的80mm，多平面柱壳部分占总长的720mm；半径：R＝180mm；厚度：t＝2mm 

在此算例中，将加强板设置于外表面板块相交处正上方10mm。 

加载约束方式：1)未加强多平面柱壳 

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。 

加载：在整个外表面(内表面)施加均布压力，大小为1MPa。 

2)加强多平面柱壳 

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。 

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1MPa。 

2、结果 

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所示。 

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。 

表1柱体部分最大应力结果 

表2柱体部分最大径向位移结果 

表3柱体部分最大轴向位移结果 

从表2可以看出相同外压(内压)情况下，加强之后的多平面加强柱体部分的最大径向位移能够减小约37％，径向刚度得到了增强。 

从表3可以看出相同外压(内压)情况下，加强之后大的多平面加强柱体部分的最大轴向位移减小约40％，轴向刚度得到增强。证明这种方式能够有效的解决多平面加强柱壳轴向刚度弱这一缺陷。 

综上所述，对多平面加强柱壳局部进行加强，能够有效的解决其轴向刚度不足、应力过于缺陷等缺陷。并能进一步加强其优势。 

以上仅是本实施例中采用具体的尺寸对本实用新型结构的效果进行实际验证说明，用以说明该机构的增强效果，但并不代表本实用新型的结构只能采用上述尺寸，也不代表上述结构的柱壳只能产生上述实施例所列举的具体数值大小的参数值，实际上，只要具有上述结构的折角增强多平面柱，无论在实际应用中采用何种尺寸，其都能达到具有轴向刚度、较弱的应力集中的良好特性，较普通多平面柱壳结构有更好的耐压性能。 

需要说明的是，本具体实施方式仅仅用以解释本实用新型而非限制，目的是使本实用新型的技术方案以及优点得以更清晰的显现。应当理解，上述所述两种实施方式并非表达出全部按照本实用新型的加强形式，正如前所述，任何具有增强多平面柱壳结构轴向刚度、均匀外压作用下应力分布的加强形式均视为本实用新型的概念范围。 

 

Claims (5)

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(1)、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或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。