肋骨刚度对环肋圆柱壳屈曲载荷的影响分析

在推导环肋圆柱壳屈曲临界载荷的基础上,通过能量与结构刚度之间的关系,分析了肋骨弯曲刚度、扭转刚度和压缩刚度对环肋圆柱壳失稳载荷的影响。分别折减肋骨弯曲刚度和壳板刚度,研究了不同位置的肋骨在环肋圆柱壳总体稳定性中的作用,并将单根肋骨刚度折减系数转换成所有肋骨的平均折减系数;分析了壳板刚度对环肋圆柱壳总体稳定性的影响,给出了肋骨和壳板刚度同时折减时环肋圆柱壳总体稳定性的计算方法。为环肋圆柱壳的设计以及含缺陷圆柱壳承载能力的研究提供了一种理论参考。     

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.     

基于分枝定界法的环肋圆柱壳优化研究

基于分枝定界方法,研究了环肋圆柱壳静水压力作用下,考虑强度和稳定性约束时重量最轻的混合变量优化设计问题,讨论了强度约束和稳定性约束以及材料、几何参数对优化结果的影响.该方法能够有效求解环肋圆柱壳的混合优化问题,计算量小,精度高;环肋圆柱壳经优化后,壳板的重量比例大约是70%,肋骨重量占30%.并且随壳体的长径比(L/R)变化不大.环肋圆柱壳的优化中,肋骨的应力约束是主要约束,肋骨应力已经非常接近许用应力标准,其他应力、局部和总体失稳压力还有一定的储备.     

考虑肋骨偏心的环肋圆柱壳弹性稳定性研究

采用2种满足简支边界条件的形函数,基于Ritz法建立环肋圆柱壳结构在静水外压下弹性失稳压力的直接计算方法,能区分肋骨的内外布置方式,且含有肋骨抗压刚度项,可推广至带有大肋骨的圆柱壳结构,或退化为无肋骨圆柱壳。分析表明,理论方法解和有限元结果较为一致,形式简单的3系数形函数具有较好的计算精度,内环肋圆柱壳的总体弹性稳定性比外环肋优越,大肋骨内置比外置更容易达到临界刚度,内、外肋骨圆柱壳的弹性局部失稳压力基本相当,忽略肋骨压缩应变能可使弹性总体失稳压力有所降低。     

基于Abaqus的环肋圆柱壳长舱段稳定性分析与结构优化

采用大型非线性有限元软件Abaqus分析了环肋圆柱壳长舱段的稳定性规律,对于环肋圆柱壳长舱段,随着舱段长度的增加,其稳定性的数值仿真解与解析解差别逐渐增大,有限元计算结果能够更加合理准确地反映其稳定性状况.现行规范对于环肋圆柱壳长舱段稳定性的求解适用性有所下降,应该考虑对理论公式进行修正.针对某种典型的环肋圆柱壳长舱段,分别采用一根和两根框架肋骨的方案进行结构优化以提高其总体稳定性,结果表明,一根框架肋骨的优化方案重量较轻,稳定性指标更加接近规范的容许值,两根框架肋骨则比较节省舱内空间.综合考虑,一根框架肋骨的方案更加合理.     

肋骨侧向稳定性特征屈曲有限元分析

环肋圆柱壳通常在周向布置肋骨来提高其稳定性,在深水压力作用下,肋骨发生侧向失稳的可能性加大,进而影响环肋圆柱壳的整体稳定性。在理论分析的基础上,采用有限元法对环肋圆柱壳进行在静水压力和轴向压力作用下的特征屈曲分析,研究肋骨侧向失稳的屈曲特征,得到肋骨侧向失稳的判别方法,为工程设计提供参考。     

环肋圆柱壳应力分析的一种新方法

本文将环肋圆柱壳分解为肋骨腹板、肋骨翼板和圆柱壳三个部分进行联立求解,获得环肋圆柱壳应力计算的一个比较精确的方法.通过实例计算并与规范中的计算方法[2]比较,可以观察到肋骨偏心对圆柱壳板和肋骨应力的影响,尤其是内、外肋骨布置方式引起的应力差异.对于大尺寸的内肋骨应力计算,规范方法可能会出现较大的不安全误差,应采用本文提出的新方法.     

环肋圆柱壳稳定性分析

本文采用能量法分析了环肋圆柱壳的稳定性.基于Rayleigh-Ritz法,应用Fiigge薄壳理论,考虑相邻肋骨间壳板的变形以及环肋在两个平面内的弯曲,推导出在静水压力作用下环肋圆柱壳的失稳特征方程.本文讨论了环肋的参数(大小、数量、布置形式)对环肋圆柱壳失稳压力的影响,并分析了总体失稳与局部失稳之间的关系.引入应变能因子分析了环肋与壳体间的相互作用.     

加肋圆柱壳在外压作用下的屈曲和后屈曲

本文讨论了完善和非完善,环向加肋和正交加肋圆柱壳在侧向外压和静水外压作用下的屈曲和后屈曲性态。将文献〔1〕提供的圆柱薄壳屈曲的边界层理论及其分析方法推广刭加肋圆柱壳,给出了多种计算结果。并讨论了肋骨与壳板材料不同时,对外压加肋圆柱壳屈曲和后屈曲性态的影响。     

流场中环肋圆柱壳的自由振动特性研究

采用能量法分析了流场中环肋圆柱壳的自由振动问题,讨论肋骨布置型式、流场压力对环肋圆柱壳自由振动频率的影响,给出了附加质量和振动波数之间的关系曲线.     

Strength and stability of double cylindrical shell structure subjected to hydrostatic external pressure—II: stability

This paper is the second part of the structure study of double cylindrical shell subjected to hydrostatic external pressure. The author makes researches on the relationship between inner and outer shells of pressurized double cylinders using equilibrium conditions of forces and deformation compatibility conditions with ring plate orthogonally connected to inner and outer shells and puts forward the expressions of longitudinal and circumferential forces of double pressurized cylinder. In this paper, equilibrium equations are established for a double cylindrical shell stiffened longitudinally and transversely and subjected to uniform hydrostatic external pressure by using an adjacent equilibrium method and a solution with high accuracy is presented to calculate theoretically critical pressures of panel buckling and interframe shell buckling. The solution can be used to both the double and single cylindrical shells without longitudinal stiffeners and therefore, it may be applied widely with higher accuracy. Also, some simplified formulae for the engineering application are given to calculate the panel buckling and the interframe shell buckling strengh.     

纵环加筋圆柱薄壳的塑性屈曲试验与分析

本文进行了纵环加筋圆柱薄壳在均布外压作用下的屈曲试验和分析研究。采用塑性形变理论和Misos屈服准则，在能量原理基础上导出了壳体简明的屈曲分析公式。给出了四个铝合金模型的屈曲破坏试验结果，描述了模型的破坏特征和破坏过程。试验及数值分析结果表明，在一定参数范围内，壳体将发生总体塑性屈曲破坏，且破坏表现为一个过程，局部屈曲将影响到总体屈曲临界压力。本文提供的总体屈曲简明分析方法具有较好的精度，可供初步设计时使用。     

承受静水外压作用的圆柱形壳体结构优化设计

加强圆柱壳是最重要的深海耐压结构形式之一,是深海装备和人员安全的基础保障以及设备发挥正常功效的载体.水下的工作深度越深,耐压结构承受的海水外压力越大,对耐压结构的强度与稳定性的要求就越高,迫切需要开展结构优化设计,减轻结构自重,提高有效负载.文中分别采用快速下降算法和遗传算法,在保证耐压结构强度和稳定性以及满足基本加工工艺要求的条件下,进行耐压柱壳结构优化设计,所得计算结果对于耐压结构设计具有指导作用.     

一种非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能研究

引入圆柱壳圆截面内运动假设,利用模态法推导非均匀环肋圆柱壳模态机械阻抗解析式;通过模态机械阻抗控制法,围绕激励力位置设置阻抗增强肋骨,构造一种非均匀环肋圆柱壳;采用FEM/BEM法对该非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能进行研究,并通过模型振动试验与普通环肋圆柱壳进行对比分析。研究表明：通过增大环肋机械阻抗、合理地布置阻抗增强环肋位置构造的非均匀环肋圆柱壳,可有效降低结构振动响应和辐射噪声水平,具有较好的振声性能。     

外壳板采用纵骨加强的双层加肋圆柱壳水下声辐射分析

建立了外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射计算方法，计算模型采用Donnell壳体理论，考虑了环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳的径向、切向、纵向反作用力以及纵向反弯矩，利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了计算模型的声弹耦合控制方程。推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式，采用数值计算方法在波数域求解出径向振动速度，利用稳相法得到远场辐射声压。研究表明，如果纵骨沿圆周均匀排列，则纵骨的存在不导致圆柱壳周向模态耦合，纵骨加强的双层圆柱壳水下声辐射计算可以大大筒化。采用文中方法研究了环频率以下外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射特性，计算表时：在较低的频率段，外壳板采用纵骨加强使双层加肋圆柱壳水下辐射声压增大；增大纵骨刚废，结构辐射声压也相应增大；纵骨间距对双层加肋圆柱壳水下声辐射影响比较复杂，辐射声压谱随纵骨间距变化较大，而总声级变化不明显。     

弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性分析

使用Gram-Schmidt正交化构造了满足圆柱壳自由边界条件的一组正交多项式,并以此为基函数构造圆柱壳的振动位移表达式;在此基础上,基于Sanders壳体理论,利用Rayleigh-Ritz法,提出了一种用于分析弹性边界约束的正交加肋圆柱壳振动特性的方法。利用该方法,求解了两端简支的正交加肋圆柱壳的自由振动固有频率,将其与文献结果对比,验证了文中方法的正确性;该文还分析了边界各方向约束刚度对正交加肋圆柱壳振动特性的影响。研究表明,本文的方法收敛性好,计算效率高,且可用于分析受经典边界约束的加肋壳振动特性,具有很强的通用性。     

Strength reliability analysis of stiffened cylindrical shells considering failure correlation

The stiffened cylindrical shell is commonly used for thepressure hull of submersibles and the legs of offshore platforms.There are various failure modes because of uncertainty with thestructural size and material properties, uncertainty of the calculationmodel and machining errors. Correlations among failure modesmust be considered with the structural reliability of stiffenedcylindrical shells. However, the traditional method cannot considerthe correlations effectively. The aim of this study is to present amethod of reliability analysis for stiffened cylindrical shells whichconsiders the correlations among failure modes. Firstly, the jointfailure probability calculation formula of two related failure modesis derived through use of the 2D joint probability density function.Secondly, the full probability formula of the tandem structuralsystem is given with consideration to the correlations among failuremodes. At last, the accuracy of the system reliability calculation isverified through use of the Monte Carlo simulation. Result of theanalysis shows the failure probability of stiffened cylindrical shellscan be gained through adding the failure probability of each mode.     

The effect of frame torsion on the local stability of a ring-stiffened cylindrical shell

In the previous research, the effect of the frame torsion on the local stability of a ring-stiffened cylindrical shell, which was proved to be significant, was usually omitted. In this paper this effect under the action of static water pressure is studied. The frame torsional strain energy is calculated by consulting the method used in the research on the stability of a stiffened rectangular plate. With this item of energy being introduced into the total potential energy of the structure, a new stability formula for calculating the critical pressure for the local buckling of the ring-stiffened cylindrical shell is obtained by Ritz method. This new formula can be regarded as a revision of the famous Mises‘ formula. The calculation of the example shows that the critical pressure given by this formula is closer to the model test data than that given by Mises‘ formula.     

加筋圆柱壳结构振动与辐射噪声关系分析

采用传递函数法和声传递矢量(ATV)得到了加筋圆柱壳从结构测点加速度到声场测点声压的声辐射传递函数,以及结构测点加速度到辐射声功率之间的传递函数。通过对两个加筋圆柱壳结构的振动与辐射噪声关系的数值分析,讨论了结构测点加速度与辐射噪声之间的相互关系,结果表明结构测点加速度与辐射声功率和辐射声压之间并非单调关系。