正交各向异性锥壳外压临界失稳压力研究

胡嘉琦，贺小华，周昌玉

1 引言

金属钛有着密度小、比强度高、耐腐蚀性强等特点，广泛应用于压力容器。钛材在轧制过程中会出现织构现象，在轧制力作用下金属晶体会集体择优选择朝向，导致钛材各个方向的材料参数有显著不同，所以钛材是典型的正交各向异性材料[1-2]。目前，国内外标准[3-5]中将钛材视为各向同性材料进行处理，该处理方式虽便于工程应用，但会给压力容器设计带来一定的不确定性。

外压锥壳常用于航空航天、石油化工等领域，失稳是外压锥壳失效的主要形式。文献[6-7]对锥壳分别受轴压、外压和组合载荷作用下的屈曲失稳进行了实验研究，测得的实验值与理论公式计算值、标准解差异较大，由于有限元计算中考虑了实验结构的初始缺陷，所以计算结果与实验值较为接近。文献[8]采用有限元分析方法对斜锥壳及其等效正锥壳进行外压屈曲模拟计算，研究了两种锥壳在屈曲失稳模态形状的差异以及几何参数对临界失稳压力的影响。

文献[9]对正交各向异性薄壁圆筒临界失稳进行有限元分析，比较了有限元解与解析解、标准解的不同，讨论了材料不同卷板方式对临界失稳压力的影响，并对比分析了各向异性与各向同性外压圆筒的差异。圆筒和锥壳结构都是压力容器中常用结构，目前鲜有文献对正交各向异性锥壳外压失稳进行系统研究，关于正交各向异性和各向同性锥壳的差异性也未进行讨论分析。……