带有非轴对称球锥过渡环壳的球面舱壁优化设计

系统分析了带有非轴对称球锥过渡环壳的球面舱壁的结构组成、受力工况、强度与稳定性要求,用有限元方法对各参数进行了强度优化与稳定性优化.最后用某中型艇的非轴对称球锥过渡环壳的球面舱壁进行实例分析,对比优化前后球面舱壁的重量值及强度与稳定性性能.     

球-环-柱型式球面舱壁静强度及承载能力分析

以球-环-柱组合壳型式的球面舱壁结构为研究对象,分析不同几何形状下球面舱壁结构静强度及承载能力的特性。为表征球面舱壁扁平几何形状,初步提出"扁平度"的概念,借助结构有限元软件,对系列不同扁平度球面舱壁模型进行计算,分析其对结构静强度及极限承载能力的影响作用。研究表明:当球面舱壁扁平度较小(约小于0.2)时,过渡环段的内表面应力强度问题突出,容易产生塑性变形并扩展至整个过渡环段,并在过渡环区域发生破坏;当扁平度较大(约大于0.7)时,球壳区域出现弯曲应力,初挠度影响较为敏感,易在初挠度区域产生塑性变形导致结构失效;建议扁平度取值范围为0.35~0.55,对应球面舱壁极限承载能力相对较高。本文的研究结论可为球-环-柱结构设计提供参考。     

球-环-柱型式球面舱壁静强度及承载能力分析

以球-环-柱组合壳型式的球面舱壁结构为研究对象,分析不同几何形状下球面舱壁结构静强度及承载能力的特性.为表征球面舱壁扁平几何形状,初步提出"扁平度"的概念,借助结构有限元软件,对系列不同扁平度球面舱壁模型进行计算,分析其对结构静强度及极限承载能力的影响作用.研究表明:当球面舱壁扁平度较小(约小于0.2)时,过渡环段的内表面应力强度问题突出,容易产生塑性变形并扩展至整个过渡环段,并在过渡环区域发生破坏;当扁平度较大(约大于0.7)时,球壳区域出现弯曲应力,初挠度影响较为敏感,易在初挠度区域产生塑性变形导致结构失效;建议扁平度取值范围为0.35~0.55,对应球面舱壁极限承载能力相对较高.本文的研究结论可为球-环-柱结构设计提供参考.     

球—环—柱组合壳结构的应力特性分析

[目的]球面舱壁以其较高的容重比和材料利用率等优点被广泛应用于大潜深潜器中,球—环—柱组合型式的球面舱壁结构形式简单,力学性能清晰,建造工艺难度相对较低,具有较好的工程适用性。为了研究球—环—柱组合型式的球面舱壁结构在均匀外压下的应力强度特性,[方法]结合壳体控制方程,建立适用于球面舱壁结构强度计算的Riccati传递矩阵法,在此基础上讨论球壳半径、过渡环半径、边界刚度等参数对球—环—柱球面舱壁结构强度的影响;结合工程应用,初步提出能表征球面舱壁几何形状和力学特性的扁平度概念,研究其对结构强度的影响作用,并给出扁平度的建议取值范围,在此范围内,环肋柱壳对球—环组合壳形成的力学约束可近似认为是简支约束。[结果]研究表明,当球—环—柱组合型式的球面舱壁结构的扁平度取值为0.5~0.6时,应力强度性能良好。[结论]所得结果可为球—环—柱结构设计提供参考。     

球面舱壁的弹性稳定性分析

基于静力法求解结构临界荷载的基本原理,导出旋转壳在均匀外压下弹性稳定性问题的一阶控制微分方程组。借助齐次扩容技术和精细积分法,采用Riccati传递矩阵法对均匀外压下球面舱壁的弹性稳定性问题进行数值求解。同时分析了各个参数(球壳半径、球壳厚度、环壳半径、环壳厚度和锥壳半锥角)对球面舱壁临界压力的影响。计算结果表明,各个参数中仅球壳半径和球壳厚度对结构的临界压力和失稳波数起决定性作用。     

环壳过渡对潜艇锥-锥连接结构强度和稳定性的影响

[目的]为解决潜艇耐压结构中两个不同锥角的圆锥壳结合处的应力集中问题,提出一种锥-环-锥新型结构形式,并探讨该连接结构的影响、锥-环-锥结构的可行性和适用的锥角范围。[方法]运用ANSYS有限元软件建立系列不同锥角的加肋锥-环-锥与锥-锥结构模型,以得到上述2种不同锥角的结构过渡段的典型应力、舱段弹性稳定性情况。通过对比分析,得出环壳过渡对不同锥角下的锥-锥结构力学性能的影响规律。[结结果]结果表明,左、右锥壳锥角差值越大,通过环壳降低峰值应力的作用更大,当两侧锥角差值大小γ1-γ210°时,使用环壳过渡的作用较小;半径较大一侧锥角较小时,锥-环-锥与锥-锥结构的失稳发生在过渡段半径较小一侧的锥壳,而锥-环-锥结构的稳定性优于锥-锥结构;半径较大一侧锥角较大时,结构失稳发生在半径较大的锥壳,且锥-环-锥结构的稳定性与锥-锥结构一致。[结论]研究结果可为锥-锥连接结构的设计及物理试验提供参考。     

艉部新型球面舱壁结构强度及稳定性分析

[目的]为了使艉部具有更大的布置空间,有利于优化轴系布置,并减小艉部振动,提出一种艉部新型球面舱壁结构型式。[方法]采用ANSYS有限元软件建立其有限元模型,对比分析新型和传统球面舱壁结构的强度和稳定性;然后针对不同球面舱壁厚度情况,研究围栏厚度对舱壁结构强度和稳定性的影响。[结果]研究表明,当围栏厚度增加时,舱壁结构稳定性近似成线性增加,而其对球面舱壁结构强度的影响取决于最大Mises应力出现的位置:当最大Mises应力出现在围栏附近时,增加围栏厚度可使之有效降低;当最大Mises应力出现在过渡环壳处时,增加围栏厚度对降低结构最大Mises应力无益。[结论]研究成果可为球面舱壁结构型式设计提供参考。     

潜艇端部舱壁结构分析

端部舱壁结构是潜艇耐压壳体的重要组成部分.该文利用APDL参数化语言编程对影响潜艇端部球面舱壁强度的主要参数进行了讨论和分析.结果表明过渡环两端均采用相切联接时的端部球面舱壁结构的应力水平最低,分析结果同时也证明在进行舱壁结构分析计算时可以忽略梁柱效应的影响.文中的研究结果对潜艇端部舱壁设计具有重要指导作用.     

环壳过渡对潜艇锥-锥结构极限承载能力的影响

[目的]运用有限元方法研究环壳过渡对锥-锥结构极限承载能力的影响。[方法]采用弧长法分别计算无初始几何缺陷及含一阶模态变形初始缺陷的锥-环-锥及锥-锥连接结构的极限承载能力,分析其破坏模式,通过对比,得出环壳过渡对不同锥角的锥-锥结构极限承载能力的影响规律。[结果]结果表明,当环壳右侧锥壳的半锥角较小时,锥-环-锥与锥-锥结构舱段的破坏发生在环壳左侧锥壳壳板,前者的极限承载能力优于后者,且含模态变形初始缺陷的锥-环-锥结构的极限载荷比无初始几何缺陷时下降了12%～13%;随着环壳右侧锥壳半锥角的不断增大,两种结构极限承载能力的差距不断缩小。当右侧半锥角继续增大,结构的破坏区域变为环壳右侧锥壳,锥-环-锥结构的极限承载能力与锥-锥结构保持一致,含模态变形初始缺陷的锥-环-锥结构的极限载荷比无初始几何缺陷时下降了8.8%左右,锥-环-锥结构对左侧锥壳的初始缺陷敏感度相对于右侧锥壳更高。[结论]研究结果可为潜艇锥-环-锥结构的设计提供参考。     

基于舱壁设置的加肋凸、凹锥-环-柱结合壳强度分析

运用分区样条等参元法对舱壁不同布置位置的潜艇加肋凸、凹锥-环-柱结合壳进行强度分析,得出了一些对指导凸、凹型锥-环-柱结合壳结构设计和舱壁布置有实用价值的结论.