超大潜深潜器结构重量控制措施分析

潜器下潜深度增加后,耐压壳体承受的海水压力也成比例增加.为了保证耐压壳体的强度和稳定性,在不更换壳体材料、不改变基本结构形式的情况下,壳体厚度将成比例增加,从而导致结构重量快速增长,结构重量与容积之间的矛盾更加突出.为了既保证耐压壳体的强度和稳定性,又确保潜器有效载荷不减少,必须采取有效措施控制结构重量.本文以典型带肋圆柱壳舱段结构为研究对象,以结构容重比参数为优化目标,采用解析法和有限元分析方法,在确保结构强度和稳定性的前题下,通过对超大潜深潜器结构重量进行优化计算,分析各项结构重量控制措施,从总体设计角度给出结构重量控制措施和建议,对超大潜深潜器设计和新材料研制具有一定的参考价值.     

深潜器多球交接耐压壳结构性能研究

多球交接耐压壳综合了单球壳和加筋圆柱壳2种耐压壳的优点,是一种更加安全和经济的深潜器耐压壳结构形式.本文以极限强度和浮力系数为主要指标,研究了多球交接耐压壳各几何参数对结构性能的影响,并考虑了环向加强肋设于耐压壳外部的情况.在本文中,耐压壳的极限强度利用ANSYS软件通过非线性有限元方法计算得到;同时,还利用多学科设计优化软件iSIGHT,对多球交接耐压壳的4个几何参数进行试验设计,并以其对耐压壳的极限强度和浮力系数的主效应和贡献率为标准,评价了它们对于整体结构性能的影响.     

深水半潜式平台概要建造方案

结合国内一典型船厂的设施和设备情况以及深水半潜式平台总体建造技术的特点,讨论了深水半潜式平台的概要总体建造方案,重点阐述了深水半潜式平台相对较大尺寸而带来的结构总体建造方法、大跨度立柱和上部结构的合拢方法、高强度和超高强度钢的焊接技术.对于船厂如何利用现有基础建造这种高附加值平台,提出了可供借鉴的总体建造方案.     

钛合金耐压球壳极限强度数值估算方法

深潜器在海洋开发中扮演非常重要的角色,其中耐压球壳作为保证潜水器设备和人员安全的关键部件,其结构设计直接关系到深潜器总体性能和重量指标。耐压球壳壳体的焊接工艺对结构极限强度有不可忽视的影响,因此本文提出一种耐压球壳极限强度的数值计算方法,其充分考虑了焊接加工工艺对壳体极限强度的影响,包括焊接对焊道周围材料属性的影响,焊接引起的变形以及残余应力。经由与试验结果对比,该数值方法结果较为精确,且计算结果偏于保守,表明该方法能考虑到工程安全性,有实际工程意义及较强的工程应用价值。     

球柱结合壳焊趾表面裂纹坐标变换有限元建模方法及应力强度因子计算

深潜器的上浮和下沉会使得耐压壳体舱口球柱连接位置存在随时间变化的交变应力,这有可能引起疲劳破坏,运用裂纹扩展理论进行疲劳预报时需要解决舱口球柱连接位置的应力强度因子计算问题。推荐一种坐标变换建模法,能够解决球柱结合壳焊趾表面裂纹有限元建模的问题;通过圆管、T型相贯管节点表面裂纹的计算,验证所推荐方法的精度;以4 500 m级载人深潜器为研究对象,计算一定潜深时耐压壳舱口焊趾表面裂纹的应力强度因子。所推荐的方法同样适用于圆柱体、圆锥体、球体或其组合体型式的耐压结构典型节点三维裂纹应力强度因子计算。     

球柱结合式多球型耐压结构极限强度特性研究

为了揭示主要结构参数对多球型耐压结构极限承载能力的影响,以三球交接型耐压结构为研究对象,采用非线性有限元方法,开展了结构参数变化对极限强度的影响研究。通过数值计算与归纳分析,发现开孔系数和厚度对极限强度的影响呈现单调变化,随着开孔系数的增大,结构极限强度衰减速率先增大后减小,其余参数在影响结构效用方面存在较明显的边际效益递减。论文给出了多球交接结构补强方案的最优策略,为深海载人装备用多球耐压结构的设计提供参考。     

耐压船体结构典型接点疲劳寿命评估

潜艇在潜浮过程中,由于静水外压引起的工作应力与焊接残余应力叠加,形成拉压循环应力,导致耐压船体的局部结构可能出现低周疲劳裂纹.一般情况下,高强度钢在抗拉强度提高的同时往往伴随着材料塑性储备和断裂韧性的下降,因此分析高强度钢潜艇结构的低周疲劳寿命非常重要.本文基于断裂力学和Paris公式建立了潜艇耐压结构低周疲劳寿命的工程估算方法,根据裂纹无损检测的概率统计和含裂纹圆柱壳极限应力分析,给出了初始裂纹和裂纹临界状态的建议值.应用本文的简化方法分析了某潜艇结构和锥柱结合壳模型的低周疲劳寿命,锥柱结合壳模型的数值算例表明本文的计算结果与试验测试结果相吻合.     

潜器耐压液舱结构有限元分析

应用有限元方法对纵骨式耐压液舱结构进行系列计算,通过多参数多工况方案对比分析,详细讨论了耐压壳板半径、液舱壳板半径、耐压船体壳板板厚、液舱壳板板厚、相邻实肋板间距、相邻纵骨间距等参数对液舱壳板和耐压船体壳板结构强度和稳定性的影响,研究结果可供潜器耐压液舱结构设计参考,并为进一步完善耐压液舱结构的理论计算方法提供依据。     

耐压液舱结构强度与稳定性

应用有限元方法对纵骨式耐压液舱结构进行系列计算,通过多参数多工况方案对比分析,详细讨论了耐压壳板半径、液舱壳板半径、耐压船体壳板板厚、液舱壳板板厚、相邻实肋板间距、相邻纵骨间距等参数对液舱壳板和耐压船体壳板结构强度和稳定性的影响,研究结果可供潜器耐压液舱结构设计参考,并为进一步完善耐压液舱结构的理论计算方法提供依据.     

基于直接计算方法的海上超大型浮式结构物单模块强度分析

海上超大型浮式结构是由若干个与半潜平台相似的浮体通过连接器相连而成的一种新型海上结构,目前对其结构强度分析较少。文章基于直接计算方法,采用SESAM/Hydro D进行超大浮体单模块水动力分析并预报其波浪载荷,进而调用SESAM/Sestra模块进行超大浮体总体强度有限元分析。分析表明,超大浮体的三个连接部位出现了较大应力集中。选取这三处连接部位作为关键节点,采用ANSYS计算该三处关键节点的局部强度。研究结果表明,在横撑与下浮体连接处总体和局部应力均最大,该部位是易产生疲劳破坏的部位,需要重点研究。     

夹层圆柱壳结构的优化设计

针对一种全新的潜艇耐压壳体结构形式——夹层圆柱壳结构形式,借助适用于该种结构形式的解析法计算公式,并选定约束条件进行了优化设计,编写了优化程序;分析了该种结构形式与单层耐压壳体结构形式相比较所存在的利弊;在比较过程中,给出了四个优化算例以及比较结果,通过比较分析得出了这样的结论:对于建造大潜深的潜艇,夹层圆柱壳结构形式是一种可以考虑的结构形式。     

夹层圆柱壳结构的参数分析与优化

由于潜艇大潜深的需要，曾有人提出过一种全新的潜艇耐压壳体结构形式——夹层圆柱壳结构形式，并给出了适用于该种结构形式的解析法计算公式。本文针对该种结构形式进行了大量的模型计算，重点进行了参数分析，并对各参数的组合进行了优化。     

潜艇耐压舱段静动力性能计算分析

对一定几何尺寸、水深下的潜艇耐压舱段，设计满足强度和稳定性要求的较佳结构；以环肋柱壳为例分析各结构尺寸对其强度和稳定性的影响，并对其在流场中的振动频率进行计算分析。本设计及频率计算采用C#语言自编程序软件，快捷准确有较强实用性和工程意义。最后采用软件Ansys建立环肋柱壳模型，计算其失稳压力及频率，进一步证明理论分析结果的可靠性。     

实肋板式耐压液舱结构计算方法研究

应用弹性力学经典理论和求解环肋柱壳的传统方法,将耐压液舱结构的几种结构形式综合成统一的力学模型,进行整体求解,获得各应力解析表达式;提出了液舱区耐压船体壳板极限承载能力及波舱壳板失稳压力的计算方法。力学模型清晰合理,求解简便,计算结果符合实际,可应用于工程设计。     

基于双模量理论的高强度钢环肋圆柱壳 总体稳定性塑性修正方法

文章基于矩形截面压杆的双模量理论和高强度钢的材料弹塑性本构关系,建立了环肋圆柱壳结构总体稳定性塑性修正曲线及修正方法,结果表明,模型的计算结果与静水外压试验测得的塑性失稳压力值及有限元结果符合情况较好,压杆双模量理论模型虽然和环肋圆柱壳实际结构存在差异,但由此得到的塑性修正方法仍具有较好的工程精度,在应用于高强度钢环肋圆柱壳总体稳定性计算时适应性好,且形式简单,便于运用。     

考虑筋/板相互作用的环肋圆柱壳屈曲强度分析

环肋圆柱壳是潜艇耐压壳体的一种主要结构形式.环肋圆柱壳的失稳破坏主要表现在肋骨间的壳板失稳和总体失稳.在计算肋骨间的壳板失稳时,传统方法认为肋骨为壳板提供简支边界,忽略了在边界上肋骨和壳板的相互影响.在实际结构中,由于肋骨提供扭转刚度,壳板在与肋骨相交的边界上将存在弯矩,并非自由支持边界.因而,壳板失稳时,筋/板产生相互影响,提高了壳板的屈曲强度.本文的主要目的是,推导考虑筋/板相互影响的环肋圆柱壳壳板屈曲强度的理论计算方法,分析筋/板的相互关系.通过本文的算例表明,本文推导的计算方法以及所编制的计算程序是可靠的,可以用于工程设计.     

新型大潜深平台多耐压体连接结构设计

采用规范和有限元方法,对560m静压作用和坐墩工况下的某虚拟大潜深载人平台耐压壳与轻外壳之间的连接结构进行了设计和力学分析。在静水压力工况下,先根据总体布置提出并排的三耐压圆柱壳外部连接结构舱段方案;然后通过有限元方法,研究各方案的结构受力规律,通过受力分布特性对结构逐步修改;最后给出整艇结构方案和连接结构的受力特性以及连接结构对三耐压壳体的受力影响规律。通过计算分析及对比,得出了此艇结构在4种坐墩工况下的受力规律。     

锥柱结构焊接残余应力及超声冲击消除的研究

随着高强钢潜艇锥柱结构的广泛应用,影响结构性能的焊接残余应力的测量和残余应力消除的技术备受关注。采用X射线衍射技术对高强钢潜艇锥柱结构内外壳的轴向焊接残余应力进行无损检测。内壳轴向残余应力的分布在焊缝两侧呈双峰形态,均为拉应力,而后随着与焊缝距离的增加,残余应力快速降低;而外壳轴向残余应力在锥端焊趾部分达到最大残余压应力值。还进行了超声冲击消除焊接残余应力前后的对比试验。试验结果表明,超声冲击处理对降低焊缝及近焊缝区的残余应力有很大的益处,残余拉应力经冲击处理后转变为对疲劳强度有利的较大幅值的压应力。     

潜艇耐压船体破坏载荷预测的一种新方法

本文提出了用灰色系统理论预测破坏载荷的计算方法,并通过新的高强度钢材环肋圆锥壳的球壳模型实验验证了该方法的正确性,建议今后在模型实验和现役潜艇的耐压船体寿命估算中采用这种方法。