针对不同锥角的潜艇加肋锥-环-锥结构强度和稳定性

为解决潜艇在设计过程中两个不同锥角的圆锥壳相连接时结合处存在的应力集中问题,基于加肋锥-环-柱结合壳,提出了加肋锥-环-锥这一新型结构形式。为得到锥-环-锥结构强度、稳定性随锥角的变化规律以及该结构适用的锥角范围,本文运用有限元软件建立锥角不同的系列模型,得出锥-环-锥结构在保持一侧锥角大小、锥锥相交处的半径及环壳跨长不变时结构过渡段各典型应力、舱段整体弹性失稳压力与失稳模式随另一侧锥角的变化规律。结果表明,各典型应力与锥角之间近似呈线性关系,环壳跨中处各典型应力对锥角变化最为敏感,锥壳段的纵向应力与两侧锥角的差值有关;随锥角的增加肋骨刚度较临界刚度下降较快,锥角变化可能会引起结构失稳模式的改变;在10°的锥角变化范围内,锥-环-锥结构过渡区域的峰值应力和舱段整体弹性失稳压力和锥-环-柱结构相差不大,在整个锥角变化范围内采用锥-环-锥结构都是可行的。研究结果可为锥-环-锥结构设计提供参考。     

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。     

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。     

锥-环-柱结合壳的应力和稳定性

本文用解析法计算了受中面均布法向载荷作用的锥-环-柱结合壳中的应力值，并根据Trefftz准则计算了其失稳临界压力。计算结果说明，在总体几何尺寸与壳厚相同的情况下，锥-环-柱结合壳与锥-柱结合亮相比，过渡区的局部应力值显著减小，失稳临界压力提高。     

局部初始几何缺陷对凸型锥-环-柱结合壳应力影响的分析

分析锥-环-柱结合壳加工过程,确定初始几何缺陷要素。运用计算机仿真技术,分析不同工况下的初始几何缺陷对锥-环-柱结合壳典型部位应力的影响。研究结果表明:由初始几何缺陷引起的附加弯矩与初始几何缺陷幅值呈线性关系;环壳近柱壳侧跨端内表面纵向应力值较大,对初始几何缺陷较为敏感,随初始几何缺陷幅值的增大最先超过规范许用应力;肋骨初挠度、圆柱壳段、圆锥壳段壳板凹凸度同时存在时,对应力的不利影响较大。     

实肋板式耐压液舱结构计算方法研究

应用弹性力学经典理论和求解环肋柱壳的传统方法,将耐压液舱结构的几种结构形式综合成统一的力学模型,进行整体求解,获得各应力解析表达式;提出了液舱区耐压船体壳板极限承载能力及波舱壳板失稳压力的计算方法。力学模型清晰合理,求解简便,计算结果符合实际,可应用于工程设计。     

不同结构参数的锥环柱结构强度性能分析

锥环柱结构是柱壳和锥壳连接的一种新型结构形式,实现了柱壳和锥壳的光顺连接,可消除结构的不连续性,降低纵向弯曲应力峰值,应力分布均匀,结构重量小,且最大应力部位避开了焊缝。通过不同结构形式的计算和对比分析,展示锥环柱结构的优越力学性能。通过不同结构参数的多方案计算和分析比较,得到环壳半径、环壳厚度和半锥角对环壳力学性能的影响。     

锥-环-柱结合壳和锥-柱结合壳应力的近似解

本文采用弹性基础梁地导出锥－柱结合壳和锥－环－柱结合壳的应力近似解，具有一定的精确度，便于工程设计应用。计算结果表明，锥－环－柱结合壳实现圆柱壳与圆锥壳的光顺连接，能有效降低结合壳过渡区的局部应力。     

锥壳设计研究

从满足锥壳总体失稳压力条件为主、强度条件为辅的设计观念出发，提出三种锥壳设计方法。描述了三种设计方法的主要设计思想及设计框图，分析对比了分别采用三种设计方法得到的三种设计方案及计算结果。对设计方法2作进一步优化，分析对比了锥段划分的个数及长度对锥壳重量的影响。结果表明，设计方法2计算所得锥壳的舱段失稳欧拉压力与采用有限元方法所得计算结果最为接近，壳板与肋骨的匹配比较好，壳板中面周向应力与肋骨应力发挥比较充分，整个锥壳的重量也最小，是一种较为理想的设计方法。     

环-锥处折角对球-环-锥组合壳的影响

以球-环-锥组合壳体为研究对象,采用传递矩阵法建立其在均匀外压作用下结构状态向量的一阶微分方程组,并借助齐次扩容和精细积分对方程组进行求解.计算中为了研究环-锥连接处不同斜率差对结构受力特性的影响,给出了外凸型、平滑过渡型和外凹型3种结构型式的应力分布规律.计算结果表明,平滑过渡型结构具有最佳的承压能力,但是制造上往往只能保证球壳与环壳光滑过渡,而环-锥连接处应采用外凸型结构,且外凸角不宜过大.     

锥环柱结构总体匹配强度性能研究

锥环柱结构是柱壳与锥壳连接的一种新型结构形式,实现了柱壳和锥壳的光顺连接,具有应力分布均匀、结构重量小、最大应力部位避开了焊缝部位等优点。然而,当其他结构与其匹配时,其强度性能会受到影响。采用ANSYS有限元仿真软件,对大型环向结构、大型开孔加强结构、大型纵向结构与锥环柱结构的匹配关系进行计算和分析比较,得到了与不同结构匹配时的锥环柱结构强度性能变化曲线,给出了大型环向结构应距环壳1档肋位以上、大型开孔加强结构应距环壳2档肋位以上、大型纵向结构可直接与环壳连接的结论。     

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.     

潜艇耐压结构全船有限元应力分析

在对潜艇全船耐压结构有限元应力分析的基础上,又进行了各局部结构的二级甚至三级离散有限元应力分析,比较了一般环肋圆柱壳、环肋圆锥壳、环肋锥-柱结合壳、横舱壁区域结构、耐压液舱区域结构典型点应力与现有解析算法结果的差异程度,得出了一些有工程实用意义的结论.     

环肋圆柱壳局部损伤后的承载能力及其加强方案研究

采用线弹性和弹塑性有限元方法,对环肋圆柱壳壳板局部凹陷后的强度和稳定性及其加强方案进行研究。结果表明:采用扁钢局部加强可有效降低壳板表面纵向应力和肋骨应力;增大环向加强筋尺寸比增大纵向加强筋尺寸对降低应力值效果更明显,且加强筋端部采用外伸削斜方式效果最好;壳板局部凹陷会改变舱段结构的弹性屈曲模态,使舱段的稳定性略有降低,但对肋间壳板失稳压力影响较小;采用加强筋加强后,可使舱段的稳定性略有提高。     

几何参数对加肋凹型锥环柱极限承载能力影响

利用ANSYS有限元软件分析大尺寸加肋凹型锥环柱在静水压力作用下的破坏机理,采用单一变量法,分析几何参数对加肋凹型锥环柱结合壳的极限承载能力和破坏模式的影响。减小半锥角、适当增加环壳厚度及环壳两端肋骨尺寸有利于提高环壳的稳定性和结构整体的极限承载能力,提高环壳肋骨腹板尺寸,能更有效提高整体结构的极限承载能力;增加肋骨的水平方向尺寸能更好地提高环壳的稳定性。     

锥—环—柱结合的应力和稳定性

本文用解析法计算了受中面均布法向载荷作用的锥－环－柱结合壳中的应力值，并根据Ｔｒｅｆｆｔｚ准则计算了其失稳临界压力，计算结果说明，在总体几何尺寸与壳厚相同的情况下，锥－环－柱结合壳与锥一柱结合壳相比，过渡区的局部应力值显著减小，失稳临界压提高。     

实肋板式耐压液舱结构的计算方法研究

应用弹性力学经典和不肋柱壳的传统方法,将耐压液舱几种结构形式综合成统一的力学模型,进行整体求解,获得各应力解析表达式;提出了液我耐压船体壳板极限承勒能力及液舱壳板失稳压力的计算方法。力学模型清晰合理,求解简便,计算结果符合实际,可于工程设计。     

锥柱结合壳加强形式应用研究

在现代潜器的耐压船体结构设计中,广泛采用了锥柱结合壳过渡结构形式。厚板削斜锥壳过渡环是一种新型的加强形式,能有效地减小锥柱结合壳处的局部高应力,并具有结构重量轻、制造工艺简便、加强效果好等特点。为满足现代潜器的发展需求,本文采用迁移矩阵法专用程序,对该种加强形式进行了大量的理论计算和分析研究,以获得最佳的结构形式和参数,为现代潜器应用厚板削斜锥壳过渡环设计提供指导原则。     

加肋锥-环-柱结合壳应力峰值的计算方法

提出加肋锥-环-柱结合壳环壳块应力峰值的计算公式,并通过数值计算,拟合出公式中参数的计算曲线,为潜艇加肋锥-环-柱结合壳结构的初步设计提供方便快捷的计算方法。公式的计算结果与分区样条等参元方法的计算结果相对误差较小,可以在工程中应用。     

加肋凹型锥环柱破坏机理研究

采用Ansys有限元软件分析静水压力作用下加肋凹型锥环柱结合壳的受力特点;运用弧长法对其破坏过程进行仿真分析。通过分析锥、环、柱三部分各自位移最大点及环壳两端肋骨的载荷-应力和载荷-位移关系。对加肋凹型锥环柱结合壳的破坏模式和破坏机理进行研究,并对破坏过程中出现环壳中面应力在破坏前卸载和环壳两端肋骨的高应力的现象做出合理的解释。