潜艇应力导致的磁场变化及其对空中磁探的影响

潜艇壳体受水压作用导致潜艇磁场的变化属于铁磁质磁致伸缩的逆效应,而不同的潜航深度对潜艇磁场造成的影响也会不同。本文在归纳分析了铁磁学中磁力耦合理论知识的基础上,用气体膨胀力代替海水外压力设计了潜艇模型在不同航向上的升降压试验,并基于面磁荷模拟法,建立了潜艇模型对抗空中磁探潜的数学模型,对潜艇模型在各压力状态下的磁场进行空间延拓,定量分析了磁场随压强的变化规律。研究结果表明:不同磁化状态下相同应力对潜艇模型磁场的影响显著不同;在模拟对抗空中磁探潜时,考虑潜深改变导致的潜艇模型磁场变化有重要意义。     

潜艇锥柱结合壳焊趾表面裂纹疲劳寿命计算

随着潜艇用钢屈服强度的不断提高，潜艇耐压壳体的直径及锥壳的半锥角的不断加大，潜艇耐压壳体锥柱结合壳连接焊接焊趾处的疲劳寿命已越来越受到设计人员的重视，但目前还没有可靠的设计方法可以遵循。针对潜艇锥柱结合壳连接焊缝处的受力特点为压弯结合应力，在分析了平行于裂纹面的应力，曲率的约束以及液楔的作用对潜艇焊趾表面裂纹疲劳寿命的影响进行分析后认为，潜艇锥柱结合壳焊距表面裂纹疲劳寿命计算可以采用对压应力进行修正的应力强度因子计算模型。本文给出了对压应力进行修正的应力强度因子计算式，在此基础上提出了一套能考虑焊距的外应力集中以及爆接残余应力等影响的受压弯应力焊接结构焊趾裂纹疲劳寿命计算方法，对初始表面裂纹形状和大小对疲劳寿命的影响进行了系列计算，计算结果表明，本方法预报出的疲劳寿命与实验结果在量级上是吻合的，但在推向实用之前还需要做更多的实验验证。     

循环压应力下的耐压结构疲劳裂纹扩展分析

以Paris公式为代表的传统断裂理论不能对裂纹在压应力下的扩展特性做出解释,潜艇耐压壳体大部分区域处于压缩应力状态,因此文章基于McEvily公式对此进行分析.为增强其对高强钢的适应性将McEvily公式的指数设为变量,利用现有的高强钢裂纹扩展实验数据对公式的相关参数进行了拟合,并分别分析了相关参数对裂纹扩展速率的影响,最后利用拟合得到的公式,对纵向压应力最大的凸结合边内表面处的初始裂纹在恒幅循环压缩载荷(△σ=const,R=-∞)作用下的扩展情况进行了预测.     

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。     

受损伤潜艇结构剩余强度评估

为探讨潜艇在耐压船体结构出现损伤变形,但尚未破损进水的状态下,能安全下潜的最大深度,文章提出了受损伤潜艇结构的“剩余强度”概念.以出现较大损伤变形的环肋圆柱壳舱段结构为研究对象,以“涡形凹陷”作为损伤变形的典型形状,考察这种结构在静水外压作用下的应力分布和失稳临界压力,与相应的完好状态(设计状态)的环肋圆柱壳进行比较,分析损伤凹陷位置和幅度的变化对受损伤的耐压船体所能承受的最大载荷的影响规律,提出了受损伤的潜艇结构的“剩余强度”的量化指标一剩余强度系数,绘制了“剩余强度系数图谱”.     

变频调速系统电机背压启动适应性研究

潜艇上部分电机的泵类负载为通海泵,深潜状态其出口承受的海水压力巨大,要求变频电源能在电机"堵转"状态下强行启动电机。背压启动是潜艇变频调速系统的一个新问题,本文对变频电源带电机背压启动的过程进行了分析,给出了适应性改进措施,并通过试验验证了其可行性。     

潜艇水下发射导弹运动建模及操纵控制仿真

潜艇在水下发射导弹瞬间受到巨大的发射反冲力和复杂的水动力作用,平衡状态受到破坏。而连续发射又要求潜艇必须在规定时间内恢复到发射导弹允许的深度和姿态,这对潜艇的操纵控制提出了很高要求。在分析导弹潜艇发射阶段受到的静力、艇体水动力和复杂激变力的基础上,结合潜艇空间运动方程,建立用于仿真的潜艇水下发射导弹操纵运动数学模型。在此基础上,编制潜艇水下发射导弹仿真试验平台,分别对潜艇水下导弹单独发射和导弹齐射时的运动过程进行仿真。通过大量的仿真分析,对潜艇水下发射导弹阶段特别是导弹齐射时可能采用的操纵方式作了定性探索。     

局部损伤环肋圆柱壳的强度分析和加强方案

潜艇在服役过程中,可能会因碰撞、搁浅、爆炸等事故,使耐压壳体出现局部损伤。对损伤部位进行合理加强,保证加强后潜艇依然可以下潜到设计深度,对于维持潜艇的战斗力有重要意义。本文以局部损伤潜艇耐压壳体为研究对象,对局部损伤后的强度进行数值计算,并提出加强方案。结果表明,带有局部损伤的环肋圆柱壳与完好状态下环肋圆柱壳相比,最大应力提高;采用加强筋进行局部加强后,壳体的应力指标满足要求。本文提出的加强方案可以在工程中应用。     

基于RBF径向基网络的潜艇水下悬停控制

潜艇水下悬停是指潜艇在水下无航速时深度的保持和变动。它是一个非线性过程,随潜艇状态及航行环境的不同而有很大变化,传统控制方法缺乏自适应能力从而影响了控制效果。本文简要论述了潜艇水下悬停的概念及对潜艇的意义,研究分析了潜艇水下悬停运动的数学模型及干扰力数学模型,将RBF径向基网络控制技术引入潜艇水下悬停过程,通过仿真证明RBF径向基网络控制与传统的控制方式相比有优势。     

潜艇生命力及水下爆炸对潜艇的破坏机理和损伤模式研究

潜艇战斗力不仅体现在处于完好状态时所具备的能力,也包括潜艇在受损后保持其技战术性能的能力,即潜艇生命力。文中研究了水下爆炸对潜艇的作用方式和破坏机理,分析了潜艇遭受水下爆炸打击后的损伤模式。此方面的工作,可为科学合理地制订战损潜艇的维修策略与方案,在战场条件下对其进行快速抢修,以及潜艇的设计、建造和作战使用,提供依据和指导。     

内压对锥柱耐压壳焊接残余应力影响的数值模拟与试验研究

耐压结构在使用前一般都要进行内压试验,经过内压试验后结构的焊接残余应力会发生改变。残余应力的变化会对结构的力学特性有一定影响。文章首先运用ANSYS的APDL语言编写了大尺度锥柱耐压壳模型焊接残余应力数值模拟程序,对耐压结构的初始残余应力和经过内压试验后残余应力的变化进行计算;然后,采用X射线无损检测方法对该大尺度锥柱耐压壳模型的初始残余应力和经过内压试验后的残余应力进行测量。计算结果与试验结果表明,随着内压增加,内壳残余拉应力不断降低;而外壳残余压应力则变化不大;并且数值模拟结果与试验结果基本吻合。该文研究结果为更加合理可靠地进行耐压结构力学特性分析提供了理论依据。     

单扩张腔消声器流场特性与温度场研究

以某型船用排气消声器为研究对象,为改善流体阻力对船舶柴油机的功率影响及消声器表面热辐射造成的机舱通风的影响,对其单扩张腔消声器的阻力损失与表面温度场进行了详细的分析与研究。利用大型通用CFD流体计算软件对消声器的流体流动与表面温度场进行了分析计算,通过适当改变内部内插管的布置,可有效改善内部紊流流场,降低消声器的流动阻力;通过包覆一定厚度的隔热材料,可有效降低消声器表面温度,降低热辐射。     

静水压力下圆柱壳结构屈曲机理分析

针对静水压力下圆柱壳结构的屈曲机理问题,将圆柱壳的结构刚度分为薄膜刚度和弯曲刚度,分析了具有完整刚度下圆柱壳的失稳压力,并与已有的理论进行了比较,验证了方法的可靠性。通过消除圆柱壳结构各部分薄膜刚度获得了消除刚度后的临界屈曲载荷,分析了各部分薄膜刚度对静水压力下圆柱壳承载能力的影响,结果表明,静水压力下圆柱壳屈曲的原因是结构周向薄膜刚度的减少。     

Influence of residual stresses and geometric imperfections on the elastoplastic collapse of cylindrical tubes under external pressure

The buckling problem of a circular cylindrical shell has long been widely investigated due to its great importance in the design of aerospace and marine structures. Geometric imperfections and residual stresses are inevitable in practice and have been so far frequently considered in analytical and numerical predictions. But little attention has been paid until now on the combined influence of such initial defects on the critical and often unstable response of such elastoplastic structures. In this paper, a shell finite element is designed within the total Lagrangian formulation framework to deal with the elastoplastic buckling and post-buckling of thin cylindrical tubes under external pressure and axial compression. A specific experimental process will be introduced in order to measure residual stresses in the shell very accurately, so as to include them in the numerical calculations. The present formulation will enable us to describe the complete non-linear solutions, namely the critical pressures (bifurcation and limit (collapse) loads), the bifurcation modes and the bifurcated equilibrium branches up to advanced post-critical states. Comparisons will be made between numerical results and the experimental critical value and deformation patterns of a new generation profiler. Furthermore, the combined effects of geometric imperfections, residual stresses and plasticity will be analyzed.     

深水耐压壳仿生设计与分析

文章研究了千米水深蛋壳仿生耐压壳的设计理论与分析方法,首先采用Upadhyaya方程、N-R方程,分别建立了鸡蛋壳、鹅蛋壳形状函数;其次,设计了6 km水深鸡蛋壳、鹅蛋壳仿生耐压壳,并基于解析法和数值法,对这两种结构进行强度和稳定性研究;最后,建立了球形、抛物线形、柱形、椭球形等4种典型耐压壳的数值模型,与仿生耐压壳作对比分析。结果表明:解析法和数值法所得的经向应力、纬向应力、临界屈曲应力吻合良好,鹅蛋壳仿生耐压壳的强度和稳定性优于鸡蛋壳仿生耐压壳,具有较好的耐压特性;球形耐压壳储备浮力能力最优,鹅蛋形、鸡蛋形、柱形、椭球形、抛物线形耐压壳的储备浮力能力分别是球的87%、82%、68%、67%、66%;从储备浮力、壳内空间利用率、流线型、乘员舒适性等方面综合比较可知,鹅蛋壳仿生耐压壳可为深水耐压壳设计提供有效参考。     

考虑弹性地基的复合材料曲梁径向应力的研究

运用弹性力学理论和经典层合板理论,推导了有弹性地基作用情况下,复合材料曲梁弯曲时径向应力的计算公式,该公式还可以得到曲梁纯弯曲情况下的解析解。利用所推导的公式,讨论了弹性地基对复合材料曲梁径向应力以及径向最大应力位置的影响。     

文丘利油燃烧器内外部流场的冷热态数值模拟

针对文丘利油燃烧器的特殊结构和内外部流动燃烧的特点,成功地建立了能有效准确地描述其内外部流动燃烧的数学物理模型,并对其内外部的冷热态流场进行了大量的数值模拟研究,数值模拟结果与试验数据和有关的流动燃烧理论在定量和定性上吻合得很好,可为该型油燃烧器的改进、运行以及布置提供有价值的依据.     

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。     

Structural-acoustic optimization of stiffened panels based on a genetic algorithm

For the structural-acoustic radiation optimization problem under external loading,acoustic radiation power was considered to be an objective function in the optimization method. The finite element method(FEM) and boundary element method(BEM) were adopted in numerical calculations,and structural response and the acoustic response were assumed to be de-coupled in the analysis. A genetic algorithm was used as the strategy in optimization. In order to build the relational expression of the pressure objective function and the power objective function,the enveloping surface model was used to evaluate pressure in the acoustic domain. By taking the stiffened panel structural-acoustic optimization problem as an example,the acoustic power and field pressure after optimized was compared. Optimization results prove that this method is reasonable and effective.     

端部球面舱壁应力近似解

端部球面舱壁是一种组合回转壳结构,文章采用与回转壳相对应的弹性基础梁理论进行近似求解,考虑了厚薄板中曲面不一致引起的附加力矩和邻近肋骨的影响。该方法可应用于潜艇实际结构的设计计算。