计及频率约束的潜艇环肋圆柱壳优化设计研究

基于多岛遗传算法,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和频率约束时质量最轻的优化设计问题,讨论了强度约束和稳定性与频率约束以及材料、几何参数对优化结果的影响.环肋圆柱壳经优化后,壳板的质量比例大约是70%,肋骨质量占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.提高材料的屈服极限,可以显著降低总质量,但是肋骨也很接近许用应力标准.     

基于遗传算法的环肋圆柱壳结构优化设计

本文对某潜器的环肋圆柱耐压壳结构开展以减重为目标的优化设计,通过使用遗传优化算法,以环肋圆柱壳结构中的肋骨尺寸、肋骨间距及壳体厚度作为优化设计变量,在强度和稳定性满足的约束条件下,得出优化后重量较轻的设计方案,同时结合理论和数值方法校核该方案下强度和稳定性,以验证方案有效性。研究结果表明,优化后理论与数值计算得出强度与稳定性符合规范要求,优化后环肋圆柱壳结构重量得到有效降低,该研究方法可为今后类似结构物优化设计提供参考。     

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.     

肋骨许用应力对环肋圆柱壳结构设计的影响

[目的]旨在研究不同肋骨的许用应力对圆柱壳结构设计的影响.[方法]采用全因子试验设计和信息熵方法,建立基于综合裕度的环肋圆柱壳多目标优化模型,并利用宽容度排序法对建立的多目标优化模型进行优化求解,以及通过改变肋骨许用应力安全系数,分析肋骨许用应力对圆柱壳各属性均匀度的影响.[结果]结果表明,圆柱壳肋骨应力为主要设计约束...     

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。     

基于综合裕度的环肋圆柱壳多目标优化研究

圆柱壳的肋骨应力裕度较小而其它应力和临界载荷的裕度较大是设计中常见的问题。本文提出了综合裕度的概念,建立基于综合裕度的环肋圆柱壳多目标优化模型。目标函数为综合应力裕度、综合临界载荷裕度和重量。采用NSGA-Ⅱ算法进行优化求解,对Pareto解各属性裕度的统计结果显示肋骨应力裕度较小。并对肋骨许用应力值对优化结果的影响进行了分析,数据结果表明适当放宽肋骨的许用应力能解决肋骨裕度较小的问题。     

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.     

焊接残余变形对深海耐压环肋圆柱壳稳定性的影响

焊接残余变形对深海耐压环肋圆柱壳结构的稳定性是否有影响是个非常值得关注的问题.文章对深海耐压环肋圆柱壳结构的焊接残余变形和残余应力进行了分析,并进行了相关试验数据验证.由于耐压结构壳体和肋骨的焊接残余应力相对偏小,然后着重研究残余变形对深海耐压环肋圆柱壳结构的稳定性和极限承载能力的影响.结果表明:焊接残余变形对耐压舱段结构的稳定性和极限承载能力影响不大;叠加有初始焊接变形的结构肋骨失稳波形较少;计算结果更偏于工程实际.     

基于粒子群算法的环向加筋夹层圆柱壳体优化设计

为了获得环向加筋夹层圆柱壳体尺寸的最优化参数,首先参考一般环肋圆柱壳体强度与稳定性校核方法,并根据环向加筋夹层圆柱壳体应力分布规律和稳定性特征,提出环向加筋夹层圆柱壳体强度与稳定性校核方法;其次以强度与稳定性要求为约束、以结构重量最轻为目标,建立优化设计的数学模型,并利用粒子群优化算法完成了环向加筋夹层圆柱壳体的尺寸参数优化。最后探究了结构重量随极限潜深增大的变化规律。研究成果表明,利用粒子群优化算法进行环向加筋夹层圆柱壳体参数优化设计可以获得令人满意的结果。     

肘板对肋骨侧向稳定性的影响

在环肋圆柱壳的肋骨周向均匀布置肘板,结果显示肘板能有效限制肋骨的侧向变形,改善肋骨的侧向稳定性,提高肋骨的临界失稳压力;对比分析半肋距肘板与整肋距肘板发现,整肋距肘板对肋骨的侧向约束效果更佳,更有利于提高肋骨的侧向稳定性。研究结果显示,整肋距肘板能有效提高肋骨的侧向稳定性和环肋圆柱壳的总体稳定性。     

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。     

开孔球形耐压壳力学特性及疲劳分析

深入研究7000 m水深下球形耐压壳的力学特性及疲劳寿命.首先,对完整球形耐压壳进行强度及稳定性分析;其次在完整球形耐压壳的基础上,根据潜水器设计规范对其进行开孔加强设计;最后对开孔加强球形耐压球壳进行强度与稳定性以及疲劳寿命分析,并同时与完整球形耐压壳进行对比.研究结果表明,开孔对球形耐压壳影响较大,与完整球形耐压壳相比,强度下降了9.4%,稳定性下降了19%,疲劳寿命下降了32.4%.研究成果可为深海球形耐压壳开孔开窗设计提供参考.     

半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构稳定性研究

耐压圆柱壳通常采用环肋加强以提高在静水外压作用下的结构稳定性.本文提出了半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构形式,在理论和模型试验研究的基础上建立了设计计算方法.研究结果表明:半圆环壳型肋骨与耐压壳板有两个连接点,减小了相邻两肋之间的净距离,能较大幅度地提高肋间壳板的稳定性;由于半圆环壳型肋骨侧向稳定性较大,合理设计半圆环壳半径和厚度,增加半圆环面内惯性矩,可以较大幅度地提高耐压壳总体失稳压力.     

多种型式肋骨加强的耐压圆柱壳体结构稳定性研究

耐压圆柱壳体通常采用环肋加强以提高其在静水外压作用下的结构稳定性.文中在理论分析和实例计算的基础上对多种型式肋骨加强的耐压圆柱壳体的稳定性进行了比较,比较结果表明:在肋骨用材总量相同的情况下,通过合理选择肋骨型式或合理设计肋骨尺寸,使其面内惯性矩增大,可以较大幅度地提高耐压圆柱壳体的总体失稳压力;相邻两肋之间净距离较小的肋骨,可以较大幅度地提高肋间壳板的稳定性.     

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.     

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.     

Bond-slip behaviour of concrete filled double skin steel tubular (CFDST) columns

This paper provides novel results and key findings for the bond-slip field since there is no single study available in the literature conducted on the bond-slip behaviour of concrete filled double skin steel tubular (CFDST) columns. Likewise, no studies have been focused on the contribution of welded reinforcing bars on the bond behaviour of composite columns. A series of push-out tests on sixteen specimens of CFDST columns are presented to explore the bond-slip behaviour between the cross-sectional elements (the inner steel tube, outer steel tube and the shell concrete). The primary test parameters involve (a) interface type (normal interface, interface with an internal ring, with reinforcing bars, and with shear studs); (b) concrete strength (high strength concrete and normal strength concrete); (c) push-out type (push-out of the shell concrete and push-out of the inner tube). The results demonstrated that greater benefits arose on the bond strength, once the reinforcing bars or internal rings were welded onto the inner steel tube of CFDST columns. Moreover, in addition to remarkably improving the bond strength, the welded reinforcement bars would significantly improve the compressive strength of CFDST columns and eliminate the local buckling of the inner steel tube. On the other hand, the embedded shear studs (bolts) onto inner steel tubes are capable of improving the bond strength with less degree of the shear resistance in comparison with the other interface types. What's more, the current paper is also adapted to explore the influence of concrete grade (normal and high strength) on the bond performance of CFDST columns and it is showed that the bond strength increases considerably as the strength of the shell concrete is increased. Finally, the bond improvement ratio (BIR) is studied which could be a representative index in comparing the performances of the parameters on the bond behaviour.     

藕节形大深度潜水器耐压壳体优化设计

藕节形切弧连接耐压壳体是大深度潜水器耐压壳体的一种新型结构形式.该文考虑初始缺陷和材料、几何非线性的影响,参考潜艇规范,采用外点罚函数(OPF)法的结构优化程序,研究了三藕节切弧连接耐压壳体的优化设计.在研究中,设计变量为耐压壳体的厚度半径比、球壳间距半径比、连接角,考虑强度、稳定性以及几何约束,使浮力因子最小.同时研究了设计变量在结构优化设计中的敏感性,以及设计变量对耐压壳体的浮力因子、强度和稳定性的影响.文中的研究结果可以为藕节形大深度潜水器耐压壳体的结构设计提供参考.     

环肋圆柱壳在水下爆炸冲击下的响应

针对水下非接触爆炸问题过程复杂、计算速度慢的问题,本文以一环肋圆柱壳为例,基于以内嵌的水下爆炸载荷计算方法和声-结构耦合方法为关键技术的水下爆炸分析法(AUA),对其水下爆炸冲击下的响应进行了分析。结果发现,壳板厚度对圆柱壳的水下非接触爆炸响应有较为显著的影响,随着壳板厚度的增加,环肋圆柱壳最大位移减小的幅度逐渐变小。在爆炸初期爆距对环肋圆柱壳冲击响应的影响不大,随时间的推移这种影响逐渐增大,环肋圆柱壳各测点变形随爆距的增大线性减小;当肋骨间距大于0.25倍环肋圆柱壳长时,环肋圆柱壳最大变形量可减小90%;继续减小肋骨间距,环肋圆柱壳最大变形减少量并不明显,说明肋骨对其附近测点和中间的板壳起到了显著的加强作用,肋骨间距为0.25倍环肋圆柱壳长时为最经济的肋骨布置方式。