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。     

球形耐压壳设计中的稳定性校核

考虑球形耐压壳制造时的初始几何缺陷,依据欧标EN1993-1-6(2007)计算缺陷幅值,基于模态缺陷法在有限元模型中引入缺陷分布,求解初始缺陷对受压球壳稳定性的影响,针对大深度潜水器球形耐压壳,将模态缺陷法的分析结果与1996版、2013版《潜水系统和潜水器建造与入级规范》(以下简称《规范》)计算结果作比对,结果表明,模态缺陷法是分析几何缺陷条件下耐压球壳稳定性的有效方法;1996版《规范》得到的球形耐压壳的屈曲临界载荷值偏高,导致设计的结构偏危险,2013版《规范》与有限元分析结果吻合度较好,表明在大深度潜水器球形耐压壳的稳定性设计方面,2013版《规范》较1996版《规范》有所提升。     

初始缺陷对耐压圆柱壳塑性稳定性影响初探

耐压圆柱壳结构发生失稳时,壳体结构因为材料达到屈曲极限而发生了塑性屈曲变形。利用有限元软件ANSYS分析研究计及初始缺陷的弹塑性屈曲对耐压圆柱壳结构极限承载能力的影响。根据试验模型测量建立的真实模型与带理想初始缺陷模型进行对比分析,并讨论模型的初始缺陷在一定范围内时,结构极限承载力的变化。     

初始缺陷对耐压圆柱壳塑性稳定性影响初探

耐压圆柱壳结构发生失稳时，壳体结构因为材料达到屈曲极限而发生了塑性屈曲变形。利用有限元软件ANSYS分析研究计及初始缺陷的弹塑性屈曲对耐压圆柱壳结构极限承载能力的影响。根据试验模型测量建立的真实模型与带理想初始缺陷模型进行对比分析，并讨论模型的初始缺陷在一定范围内时，结构极限承载力的变化。     

初始缺陷对耐压圆柱壳结构极限承载力的影响

为了考察初始缺陷、材料等因素对耐压圆柱壳结构极限承载力的影响，本文利用ANSYS有限元软件构造模型对耐压圆柱壳结构进行模拟．研究了缺陷幅值在一定范围内变化时，初始缺陷对耐压圆柱壳极限承载力的影响，并将有限元计算结果与理论计算结果进行比较，讨论了材料的改变对极限承载力的影响．初始缺陷幅值不会改变耐压圆柱壳结构的失稳模态，且对结构极限承载力的影响有限，但材料的改进对提高结构极限承载力的效果显著．     

一种新型深潜器耐压壳的非线性屈曲计算

纵环加筋圆柱形耐压壳作为一种新型的耐压壳结构,之前对它的屈曲研究大多是基于线弹性理论的屈曲模态和极限承载力计算。由于没有考虑几何和材料非线性,计算值同实验值相差较大,要结合实验对计算结果进行修正。本文将非线性屈曲问题转变为线性静力学问题求解,对纵环加筋圆柱形耐压壳进行了非线性屈曲计算。具体数值计算工作使用专业计算软件完成。非线性屈曲计算结果在屈曲模态上与实验吻合,说明采用的计算方法是合理的。本文对具有不同程度初始缺陷的耐压壳进行了数值计算,证实初始缺陷越大承载能力越低。文中的计算方法和结论可为深潜器耐压壳的设计提供参考。     

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。     

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.     

耐压圆柱壳体的临界失稳压力预测

临界失稳压力是耐压圆柱壳体结构设计和工程应用的关键参数,本文整合了前人的假设条件,通过微元法推导了圆柱壳失稳的应变—位移几何关系,继而应用静力学法求得了圆柱壳的最小失稳波数及对应的临界失稳压力.建立了同时考虑初始几何缺陷和材料非线性的圆柱壳体屈曲分析数值模型,得到的圆柱壳最小失稳波数与理论计算结果相同,临界失稳压力的数值结果与理论结果基本吻合,两者偏差随圆柱壳长径比的增大而减小.案例分析结果显示,与前人理论模型相比,本文理论模型给出的临界失稳压力更加贴近试验结果,但在圆柱壳长径比为1的情况下,理论计算结果与试验结果有一定的偏差,还有待进一步研究.     

耐压液舱极限承载能力的影响因素分析与匹配设计北大核心CSCD

[目的]旨在讨论相同的强度储备裕度条件下耐压船体与耐压液舱极限承载能力之间的关系,以获得二者极限承载能力相当的匹配设计。[方法]首先,以典型的外置式耐压液舱为研究对象,在评估耐压液舱初始结构方案稳定性与极限承载能力的基础上,分析液舱壳板厚度、液舱实肋板厚度以及液舱横舱壁结构对耐压液舱极限承载能力的影响;随后,适当调整初始方案,获得耐压船体与耐压液舱强度储备裕度相当的设计方案,并在此基础上讨论耐压船体与耐压液舱极限承载能力之间的关系,进一步加强耐压船体,获得匹配耐压液舱与耐压船体承载能力的方案以及对应的强度裕度。[结果]结果显示,减薄液舱壳板30%、液舱实肋板33.3%及液舱横舱壁30%,其极限承载能力将分别降低16.5%,36.4%和0.17%。[结论]研究表明在相当强度储备裕度条件下,耐压船体的承载能力远低于耐压液舱的承载能力;在耐压液舱壳板的强度储备裕度约为25%、耐压船体壳板的强度储备裕度约为40%时,耐压船体与耐压液舱的极限承载压力大致相同。     

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.     

弹性边界条件下的功能梯度圆柱壳振动特性研究

文章研究了功能梯度材料圆柱壳在弹性边界条件下的振动特性。在Flügge理论的基础上,基于波动法,采用改进傅里叶级数的计算方法建立FGM圆柱壳的振动特征方程,并推导出了弹性边界条件下FGM圆柱壳的固有频率参数表达式。通过与两端简支条件下的FGM圆柱壳的计算结果进行对比,验证了文中计算方法的正确性和有效性。通过算例,研究了在约束刚度不断变化过程中,FGM圆柱壳的固有频率在不同模态下的变化规律;分析了在弹性边界条件下,壳体尺寸、体积分数等因素对FGM圆柱壳固有频率的影响。     

关于双排大开孔环肋圆柱壳结构强度若干问题的讨论

本文根据大型钢模试验结果对双排大开孔耐压圆柱壳结构设计中的几个主要问题。即孔口最大应力，孔间壳板应力，肋骨应力及结构承载能力等进行综合分析和归纳并与现有计算规则中的某些方法挂靠，解决双排连续大开孔耐压结构强度和承载能力的实际设计的计算问题。     

潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性研究

举艇耐压圆柱壳是潜艇承受外载的主要结构,其失效模式多种移样,而且相互关联,因此,潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性分析是一个多复杂、相关问题的可靠性分析问题,本文从潜艇耐压圆柱壳的失效模式建立到总体及各种失效模式的可靠性大小计算,建立了一套计算潜艇耐压圆柱壳结构可靠性的分析。编制了潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性分析计算机程序,并以具体潜艇耐压圆柱壳结构进行了可靠性分析,从其对耐压圆柱壳的计算结果可以看出,潜艇耐压圆柱壳结构的失效概率并不等于各失效模式的失效概率之和,这不同于Ｆａｕｌｋｎｅｒ做出的求和理论假定。本文的潜艇耐压圆柱壳可靠性分析,为多模态失效的系统可靠性计算开辟了新的途径,对潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性设计提供了一定的理论基础。     

考虑实测初挠度、厚度和残余应力等缺陷的耐压球壳极限承载力分析

由于其优良的承压性能,球壳常被用作深海设备的耐压结构,而耐压球壳极限承载力计算是球壳结构设计过程中的重要环节。文章在非线性屈曲分析有限元法的基础上,提出了考虑实测初挠度、厚度和残余应力的极限承载力计算方法,并加工了直径1 000 mm的耐压球壳进行了试验验证。结果表明:经过冲压、焊接等工艺制造的球壳具有明显的初始缺陷,计算过程中必须考虑极限承载力;残余应力中影响极限承载力的主要因素是压应力成分;基于实测数据的非线性屈曲分析方法计算结果与试验值接近,且能够粗略预报结构破坏位置,具备一定的适用性。     

焊接残余应力对深潜器耐压球壳承载能力的影响

耐压球壳通常采用焊接方式将两个半球壳连接成整球,在焊缝处产生的接近材料屈服强度的焊接残余应力对球壳的承载能力有多大的影响,是否需要做焊后消除残余应力处理,将直接影响球壳的安全性和生产成本。而现有对球壳极限强度计算,无论是理论计算还是数值计算,均只考虑了球壳初始缺陷中的几何缺陷对球壳极限强度的影响。该文将在现有的耐压壳极限强度设计公式基础上,采用数值计算的方法对耐压球壳的焊接过程进行数值模拟,得到焊后球壳的焊接残余应力分布,并在此基础上考虑残余应力对球壳极限强度的影响,结果表明,对于大潜深厚球壳,焊接残余应力对耐压球壳承载能力影响不显著,为大深度潜器耐压球罐是否需做焊后消除残余应力处理提供了一定的参考依据。     

环肋圆柱壳应力计算的新方法探索

基于对目前环肋圆柱壳应力计算方法缺陷的认识,文中引入了加强棱柱壳体法,推导出环肋圆柱壳静力微分方程,通过将位移以傅立叶级数的形式展开,求出了环肋圆柱壳的位移解,进而得到环肋圆柱壳的应力解。通过算例计算表明,除环肋圆柱壳内表面纵向应力和肋骨周向应力外,用该方法的计算结果与传统方法的计算结果和有限元法结果都相接近,并且纵向应力与周向应力由外到里的变化规律与传统方法也相同。     

含模态缺陷的环向加肋圆柱壳极限强度分析

为了研究初始缺陷对环向加肋圆柱壳极限强度的影响,引入模态缺陷作为圆柱壳的初始几何缺陷。首先,建立与实物模型一致的有限元模型,依据模态形状特点将前30阶模态归为4类,发现类别一的第23阶模态得到最低的极限强度,并对含有模态缺陷的圆柱壳进行半径厚度比、缺陷幅值、不同材料的敏感度分析。结果表明:极限强度与不同厚度半径比、缺陷幅值均呈近似线性关系;不同材料加肋圆柱壳的最低极限强度对应的模态阶数不同,但其模态形状均为同一类。     

含模态缺陷的环向加肋圆柱壳极限强度分析

为了研究初始缺陷对环向加肋圆柱壳极限强度的影响,引入模态缺陷作为圆柱壳的初始几何缺陷。首先,建立与实物模型一致的有限元模型,依据模态形状特点将前30阶模态归为4类,发现类别一的第23阶模态得到最低的极限强度,并对含有模态缺陷的圆柱壳进行半径厚度比、缺陷幅值、不同材料的敏感度分析。结果表明:极限强度与不同厚度半径比、缺陷幅值均呈近似线性关系;不同材料加肋圆柱壳的最低极限强度对应的模态阶数不同,但其模态形状均为同一类。     

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.