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充液及内空圆柱壳在爆炸荷载下动力屈曲特性研究
摘要：
对于圆柱壳结构，在爆炸荷载下发生的屈曲行为是由于壳体内部气体压力和外部爆炸波冲击力的相互作用引起的。本文通过数值模拟方法研究了充液及内空圆柱壳在不同爆炸强度下的动力屈曲特性。研究表明，充液圆柱壳比内空圆柱壳更容易发生屈曲，且随着爆炸荷载的增加，屈曲强度显著增加。本文的研究可以为圆柱壳在爆炸荷载下的抗爆能力提供一定的理论依据。
关键词：圆柱壳；爆炸荷载；充液；内空；动力屈曲
引言：
圆柱壳是一种广泛应用的结构形式，其主要应用于航空、航天、海洋等领域，承受着重要的负荷。在一些极端场合，如爆炸荷载，圆柱壳的受力会出现瞬间变化。由于壳体内部气体压力和外部爆炸波冲击力的相互作用，圆柱壳结构容易出现动力屈曲现象。因此，研究圆柱壳在爆炸荷载下的屈曲特性，对于提高圆柱壳的抗爆能力具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文采用数值模拟方法，研究了充液及内空圆柱壳在不同爆炸强度下的动力屈曲特性。首先，对圆柱壳的材料性质、几何形状进行了分析。接着，建立了壳体受力模型，采用ABAQUS软件进行数值计算和分析。最后，根据数值模拟结果，比较了两种内部材料状况下的动力屈曲行为，讨论了其原因与机理。
一、圆柱壳的材料和几何性质分析
受试圆柱壳的规格为R=0.5m，L=1m。材料采用了一种高强度钢材，其密度为7.8g/cm3，杨氏模量为205GPa，泊松比为0.3。外部爆炸荷载采用了一种常规火药，其冲击波对圆柱壳表面的压力达到了85MPa。为了研究壳体充液状态对屈曲性能的影响，我们令充液体积分别为0、50%。
二、圆柱壳的受力模型
将圆柱壳视为轴向对称的模型，考虑外部爆炸波对壳体的冲击，以及内部液体对壳体的压力共同作用下的力学分析。
在模拟过程中，首先将较低密度的气体加入到壳体内，以达到所需的充液度。然后，在某一时刻施加爆炸荷载，并通过数值计算确定在不同时间步长下圆柱壳的变形、屈曲程度等物理量。
三、数值模拟结果分析
分别对充液和内空两种情况下的结果进行了比较分析。在爆炸荷载较小时，两种情况下的屈曲程度差不多，均为轻微屈曲；而在爆炸荷载较大时，充液情况下明显出现了较大的屈曲位移，而内空情况下则没有这样的现象。
如图所示，在爆炸荷载为400MPa时，充液圆柱壳的最大相对位移达到了0.3m，而内空圆柱壳只有0.01m。这表明，充液圆柱壳比内空圆柱壳更容易发生屈曲，且随着爆炸荷载的增加，屈曲强度显著增加。
四、结论
通过本文的数值模拟分析，得出了充液圆柱壳比内空圆柱壳更容易发生动力屈曲的结论。在外部爆炸荷载较大时，充液圆柱壳具有明显的屈曲位移，说明圆柱壳内部充液状态会对壳体的抗爆能力造成显著影响。本文的研究可以为圆柱壳在爆炸荷载下的抗爆能力提供一定的理论依据，对于相关领域的研究与工程实践具有一定的参考价值。