肋骨布置方式对圆柱壳结构强度的影响

环形肋骨加强的圆柱壳结构是潜艇舱段结构的主体.文章将圆柱形壳板简化为轴对称的二节点单元,将肋骨简化为一节点单元,利用弹性壳体理论分别建立这两类单元的刚度阵与载荷阵,建立了求解静水压力下环肋圆柱壳结构强度的解析单元法(AEM).利用该方法对采用内、外两种不同的加强方式进行了对比分析.研究表明,肋骨布置方式对结构强度具有较大的影响.文中建立的AEM法也可以推广到各种轴对称压力作用下的肋骨加强回转壳强度分析.     

小开孔球壳强度分析的解析方法

文章基于回转壳的基本微分方程组,建立了一种受静水压力下小开孔球壳强度分析的解析单元法（AEM）。将AEM与传统回转壳方法、有限元法相比,AEM解决了传统回转壳方法计算小开孔应力误差较大的问题,其计算结果和有限元法较一致。该方法可应用于潜艇内部球面舱壁和深海耐压球壳开孔强度计算之中。     

集体逃逸舱开孔耐压球壳优化设计

开孔耐压球壳是集体逃逸舱的主要承压结构,其强度和稳定性直接关系到逃生人员的生命安全。本文推导了计算静水压力下开孔耐压球壳应力的解析单元法(AEM),该方法与有限元法计算结果吻合。对开孔耐压球壳极限强度进行有限元分析,用响应面法(RSM)建立非线性稳定性近似公式。基于强度和稳定性计算公式,联合采用多岛遗传算法(MIGA)和Hook-Jeeves法进行优化设计,得到满足强度和稳定性要求重量最轻的设计方案。     

静水压力作用下的圆锥壳强度分析

圆锥壳结构在耐压容器与潜艇耐压壳体设计中被大量使用.文章建立了一种计算静水压力下圆锥壳强度的计算方法,利用幂级数法计算圆锥壳平衡微分方程的通解,通过构造变形函数利用Galekin法确定特解.算例结果表明文中提供的方法与有限元结果相当吻合,文中方法可以推广到轴对称压力作用下环肋圆柱壳结构强度分析.     

非均匀侧压作用下圆柱壳的强度优化设计研究

研究变厚度圆柱壳在任意轴对称侧向分布荷载作用下、体积保持不变时的强度优化设计问题.采用阶梯折算法,用传递矩阵导出了变厚度圆柱壳的初参数解的显式表达式.根据Huber-Mises-Hencky强度准则,将变厚度圆柱壳的强度优化转化为极小化当量应力的非线性规划问题,并以投影梯度法对本问题进行了的优化计算;对一些典型算例的计算分析证明本文方法的可靠性.     

静水压力下具有轴对称初始缺陷圆柱壳承载能力研究

文章针对含有轴对称初始缺陷和局部轴对称凹陷的圆柱壳在静水压力下的稳定承载能力问题进行了研究。通过一种数值计算方法,给出了初始缺陷幅值、壳体半径与厚度比、壳体长度、局部凹陷长度及位置对静水压力下圆柱壳屈曲临界压力的影响。并针对不同缺陷幅值对圆柱壳的刚度进行折减,给出了初始缺陷幅值与刚度折减系数的关系。研究结果表明,对于轴对称初始缺陷对圆柱壳稳定承载能力的影响,本质上是降低圆柱壳轴向弯曲刚度和轴向的薄膜刚度从而造成圆柱壳稳定承载能力的下降,因此针对轴对称初始缺陷可以增加纵筋提高其弯曲刚度,增加稳定承载能力。     

变厚度圆柱壳的最大基频设计

研究了变厚度圆柱壳自由振动的最大基频设计问题.即在任意轴对称边界条件下,寻求圆柱壳的最优厚度分布使自振基频极大化.利用半解析元方法分析轴对称变厚度圆柱壳的自由振动,将求解自振基频归为求解广义特征值方程,使变厚度圆柱壳的最大基频设计成为极大化最小特征值问题;在此基础上利用适当优化算法求解该优化模型获得变厚度圆柱壳最大基频.典型算例表明了文中方法的有效性和计算程序的快速收敛性.     

弹性圆柱壳的刚度优化设计

研究在任意轴对称边界条件下和任意轴对称分布载荷作用下体积保持常数的圆柱壳的两类优化设计问题:极小化圆柱壳的最大挠度和极小化圆柱壳的柔度.采用阶梯折算法,用传递矩阵导出变厚度圆柱壳平衡问题的初参数解的显式表达式,将优化设计转化为极小化目标函数的非线性规划问题,并采用广义简约梯度法进行优化计算.对典型问题的计算表明,该方法能解决受应力、几何等约束的离散变量结构优化设计问题,计算过程具有编制程序方便、收敛快和精度高的优越性,是一种理想的优化设计方法.     

静压作用下夹芯复合材料圆柱壳失效模式的有限元分析

基于有限元计算软件ABAQUS,对静水压力作用下夹芯复合材料圆柱壳的失效模式进行研究。首先,采用ABAQUS的材料库和单元库,建立高效、精确的夹芯复合材料圆柱壳的仿真计算方法;进而,基于TSAIW理论、Hashin理论和第四强度理论,分别建立表层材料和芯材的强度失效判据;最后,分析跨度/半径比、表层/芯材厚度比、内/外表层厚度比以及铺层角度等因素对圆柱壳失效模式的影响规律,可为夹芯复合材料圆柱壳的结构优化设计提供依据。     

考虑大挠度影响的球形壳强度与变形分析

球形壳结构在耐压容器与潜艇耐压壳体设计中被大量使用。本文基于幂级数法建立了一种静水压力下考虑大挠度影响的球形壳强度与变形的分析方法。算例表明,本文提供的理论方法与有限元数值方法计算结果相当吻合,算例同时也表明大挠度对球形壳强度与变形有一定的影响。本文方法可以推广到轴对称压力作用下组合壳结构强度分析。     

层合圆锥壳的声辐射

为了研究流体载荷作用下正交铺设层合圆锥壳的声辐射,详细研究了一个锥壳的声辐射理论模型。通过把层合圆锥壳划分为许多小段圆柱,处理作用在锥壳上的重质流体载荷。然而,锥壳的位移场仍然由单个锥壳的运动方程描述。锥壳的位移利用波传播法和Galerkin法求解。锥壳的远场声辐射利用两端带无限障板的全部圆柱段的声辐射相叠加。声压在波数域表示。研究了层合锥壳的结构声辐射特性。     

Strength and stability of double cylindrical shell structure subjected to hydrostatic external pressure—Part I: strength

This paper is the first part of the structure study of double cylindrical shell subjected to hydrostatic external pressure. A calculation method is put forward in the paper to analyse the massive structure strength of double cylindrical pressure shell. The equilibrium equations of double cylinder segments and ring plates are established by using the compatibility condition of orthogonal connection between inner and outer cylindrical shells through ring plates. The equilibrium equations set of cylinder segments may be integrated into the global equation of undetermined parameters by means of correlation matrix analysis and continuity conditions of adjacent shell segments. It may be used to solve accurately and simply deflections and stresses in the structural members at any point in the individual span ranging from single cylinder to double cylinder, locate the structural weakness and allow the researchers to have a comprehensive understanding of the massive structure strength. Model tests show that this method is accurate and reliable and may be adopted to perform a number of effective calculation analysis of engineering for the design of double pressure shell.     

基于BP-GA算法的环肋锥柱壳多目标优化设计

本文以超大潜深的潜艇耐压壳结构为研究对象,利用排水量表达式估算潜艇主尺度。通过Ansys软件的Apdl语言建立环肋锥柱壳的有限元模型,并分析计算耐压壳的强度及稳定性。以肋骨间距、耐压壳厚度和肋骨尺寸作为离散设计变量,以结构重量、总体失稳临界压力作为优化目标,实现基于神经网络和遗传算法的环肋锥柱壳多目标优化设计。在Matlab平台上,首先用拉丁超立方体抽样,再用BP神经网络建立起样本点和目标函数之间的映射关系,构建神经网络代理模型,最后调用多目标优化函数gamultiobj进行优化。优化结果表明,利用BP神经网络和遗传算法相结合进行复杂模型环肋锥柱壳的多目标优化,效率较高,精度较好,达到较理想的优化效果。     

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.     

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。     

凹型加肋锥-环-柱结合壳强度的模型试验研究

为考察凹型加肋锥-环-柱结合壳的力学行为,设计制作了3个凹型加肋锥-柱/锥-环-柱结合壳系列精车模型,采用分区样条等参元方法对它们进行了应力计算.分别对3个模型进行了静水外压试验,测量其应力,计算应力与实测应力吻合较好.模型试验和计算结果表明,凹型加肋锥-环-柱结合壳能有效降低锥、柱壳结合部的应力峰值.通过对模型试验结果的分析,得出了一些对指导凹型加肋锥-环-柱结合壳结构设计有实用价值的结论.     

具有特殊肋骨型式的耐压壳体强度与极限承载能力分析

基于ANSYS有限元分析软件对具有装配型和宽扁型2种特殊肋骨型式的耐压壳体进行强度与极限承载能力分析.针对装配型肋骨的耐压壳体,对比其与传统加筋圆柱壳的强度特性,分析其在不同载荷下的应力分布,以及肋骨与壳体之间的装配间隙对极限承载能力的影响;针对宽扁型肋骨的耐压壳体,分别采用体单元和壳、梁单元进行有限元模拟,分析2种建模方式下结构强度及极限承载能力计算结果的差异性.计算结果表明：具有装配型肋骨的耐压壳体,外载荷与结构应力之间存在非线性关系,装配间隙越小,极限承载能力越强;具有宽扁型肋骨的耐压壳体,2种建模方式对其强度结果有一定的影响,而对极限承载能力的结果影响不大.     

锥柱结合壳设计研究

为优化带凹角的锥柱结合壳舱室的设计,编写结构计算程序,对锥壳的强度与稳定性计算及锥柱结合壳舱室稳定性计算通过规范的解析式求解,对锥柱结合壳的凹凸角强度计算通过迁移矩阵法求解。程序采用自动计算节点坐标方法,解决结构参数的改变需求,从而实现优化计算。     

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.     

圆柱壳仅受轴向均匀外压的总稳定性分析

环肋圆柱壳存在异常特性。在异常特性区间内,其总失稳临界压力取决于仅受轴向均匀外压环肋圆柱壳的失稳临界压力。通过理论计算,揭示了环肋圆柱壳仅受轴向均于外压的失稳性质与光圆柱壳几乎一致。纵横加筋圆柱壳仅受轴向均匀外压下的失稳临界压力随肋骨尺寸或纵骨尺寸的增加而增大,随舱室长度的减小呈现先增大后减小再增大的反复递增规律。提高环肋圆柱壳在异常特性区间的失稳临界压力的有效方法是增设纵骨。