多蛋形交接耐压壳屈曲特性试验与数值研究

文章研究了多蛋形交接耐压壳屈曲行为。基于壳体开孔处的变形量与完整壳体一致的设计理念,优选多蛋壳结构参数,制作多蛋壳比例模型,并对其制作误差进行了检测。此外,还进行了静水压力试验,验证真实多蛋壳破坏形式,检验环肋参数的合理性,比较了考虑真实形状和厚度的非线性有限元分析结果。结果表明:基于变形协调理念设计的多蛋壳,最终破坏远离环肋交接处,蛋形壳单元破坏形式及载荷与完整单蛋壳基本相同,试验验证了多蛋壳继承了完整蛋形壳较好的耐压特性;基于弧长法的数值计算与试验结果具有良好一致性,考虑真实形状和厚度的非线性有限元分析可用于分析预测真实壳体的屈曲特性。     

仿生蛋形封头屈曲对比分析

封头作为耐压壳的重要组成部分,常用于密闭柱形、锥形结构的端部,它的质量直接关系到潜水器的安全性和结构完整性。对深海蝶形密封保护罩设计进行研究,对比分析了蛋形封头、蝶形封头以及球形封头在相同工况条件下,其强度和稳定性特性;从而得出仿生蛋形封头在实际工程应用中的实用性。结果表明,蛋形封头综合性能最优,是千米水深耐压封头设计的有效选择。     

一阶模态缺陷条件下蛋形耐压壳屈曲特性研究

为研究蛋形耐压壳在不同数值模型下的屈曲特性,首先,建立理想蛋形耐压壳数值模型,研究单元尺寸对其强度与屈曲的影响;在此基础上,引入非线性与一阶模态缺陷,分别研究蛋形耐压壳在这两种情况下的屈曲特性影响规律.结果表明:单元尺寸对蛋形耐压壳的强度影响小,屈曲影响大;非线性与模态缺陷对耐压壳的稳定性影响大,二者对临界屈曲载荷下降的贡献度分别达到56.27%、13.47%,故进行蛋形耐压壳数值分析时应将其列入考虑范围,保证耐压壳安全稳定性.     

球壳屈曲特性试验与理论研究

针对不锈钢球壳进行静水压力试验,获得其屈曲载荷及最终失稳模式,并采用三维扫描及无损测厚试验获得的实际三维模型参数建立球壳模型,进行数值仿真分析.通过试验与数值计算结果的对比分析,验证了有限元数值计算的可行性及准确性,该数值仿真方法可作为预测已加工球壳屈曲特性的一种方法.此外,开展不同初始缺陷球壳的屈曲特性分析,认为轴对称初始缺陷可作为耐压球壳的初始预估缺陷,通过对此种缺陷球壳的计算,可预测球壳的极限承载力.     

蛋形耐压壳力学特性研究

深入研究了复合材料蛋形耐压壳的力学特性.首先建立蛋形耐压壳母线方程及解析法力学模型;在此基础上,推出极限强度载荷、屈曲临界载荷与厚度的定量关系式,以及厚度和浮力系数的求解方程,并研究了同比条件下球形耐压壳的力学特性.结果表明,蛋形耐压壳综合性能优于球形耐压壳,可最优协调强度稳定性、浮力系数、空间利用率、人机环特性以及水动力学特性,且对缺陷敏感性低,便于开孔、开窗,在深海潜水器上具有良好的应用前景.     

蛋形水下耐压壳的屈曲行为研究

针对蛋形水下耐压壳结构的稳定性开展数值模拟研究,给出蛋形壳体的几何建模方法,基于Abaqus有限元仿真软件获得蛋形壳体的屈曲临界载荷和屈曲模态,并与Mushtri方程的理论结果进行对比研究,验证仿真模型的精确性。同时,为提高蛋形壳体的稳定性,提出一种加筋结构,研究加筋方式和加筋厚度等因素对壳体稳定性的影响规律,结果显示加筋结构对壳体的稳定性有显著增强效果,其中,环向加筋比纵向加筋效果更为明显,但加筋体厚度影响较小。分析还发现,壳体自身厚度对屈曲特征量的影响最大。     

蛋形混凝土耐压壳的设计与力学特性研究

耐压壳体的设计,在深海潜水器等水下作业设备研制开发中占有重要位置。本文结合蛋形结构和混凝土的耐压特性,完成2 000 m水深耐压壳的结构设计,分析其在理想状态、考虑几何缺陷情况下的力学特性,以及混凝土材料的蠕变对其力学特性的影响。结果表明,蛋形混凝土耐压壳中间段承受的应力大于两端,失稳最先发生于耐压壳中部,发生蠕变后耐压壳屈曲极限载荷与理想状态相比下降了6.88%。     

深海球形耐压壳力学特性研究

研究了深海球形耐压壳计算方法。分别建立了球形耐压壳薄壳和厚壳的力学模型、浮力系数求解公式以及壳单元和体单元的数值模型。分析1~6km球形耐压壳强度、稳定性、储备浮力特性,并研究网格划分形式、单元类型、密度对数值计算结果的影响。研究结果表明,采用厚壳理论、体单元数值分析进行深海球形耐压壳设计与评估更为合理。在设计时,建议先根据内表面应力公式确定耐压壳厚度,再运用厚壳屈曲理论或数值分析校核其稳定性。     

轴压复合材料蛋形壳屈曲特性

在对模态缺陷条件下轴压复合材料柱形壳进行屈曲分析的基础上,结合仿生学原理对柱形壳进行形状优化,运用等质量、等容积两种方法,设计与柱形壳开口直径相同的蛋形壳,研究其多模态屈曲特性。结果表明:相对复合材料柱形壳,蛋形壳具有更好的轴向承载能力与更低的缺陷敏感度。从工程实例出发,以单立柱固定式海洋平台的柱形壳桩腿为背景,采用分段式模块化设计的方法,在5%多模态缺陷条件下,研究一般钢结构柱形壳桩腿、碳纤维复合材料柱形壳桩腿、碳纤维复合材料多蛋交接形桩腿的轴压屈曲特性。结果表明:在相同的承载能力下,复合材料多蛋交接形桩腿具有更小的质量、更低的缺陷敏感度与更好的稳定性。     

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。     

燃油系统参数匹配优化对船用柴油机性能影响及试验研究

采用试验与仿真结合的方法研究电控化改造对柴油机性能的影响。分别用AMESim和AVL_FIRE仿真软件建立燃油喷射系统模型与柴油机缸内燃烧高压循环模型,以喷油压力为优化目标对喷油参数进行匹配,并将优化结果代入到燃烧模型中计算分析。以优化结果为基础进行台架试验,分析电控化改造对柴油机经济性和排放性的影响。研究结果表明,对于15mm×2.5mm×0.40 mm/°CA×0.30mm×900mm(柱塞直径×油管直径×凸轮型线速率×喷孔直径×油管长度)的组合(试验号8),喷油压力相对于原机提高了40.2%。试验号8的台架试验表明:油耗率有所降低,且在低速低负荷工况下油耗率降低较显著;对于NOx排放,电控化改造后试验号8的NOx排放浓度在负荷特性工况和推进特性工况下相对于原机平均降幅分别在50%以上。     

小径厚比深水管道的压溃屈曲研究

深水管道所处的特殊海洋环境极易导致其发生压溃屈曲破坏.通过深入分析不同径厚比深水管道的压溃屈曲特点,并对具有不同径厚比及初始椭圆度的深水管道模型进行了压溃屈曲及后屈曲行为的计算分析.研究发现,压溃屈曲的经典理论公式并不适用于小径厚比深水管道.文章基于经典理论和数值模拟结果,得到了适用于小径厚比深水管道压溃屈曲分析的临界压力修正公式,进而对小径厚比深水管道的压溃屈曲评估提供理论支撑和工程推荐.     

轴压复合材料柱形壳屈曲特性

以单立柱固定式海洋平台的柱形壳桩腿为研究对象,得到复合材料柱形壳较为合理的结构尺寸、铺层方式,提高其轴向承载能力.首先,通过碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)材料单轴拉伸试验得到复合材料柱形壳试验样本的材料属性,用于柱形壳的计算与分析.其次,基于复合材料薄壳理论,得到轴压复合材料柱形壳屈曲临界载荷解析解,对比线弹性屈曲有限元分析,验证了理想柱形壳有限元模型建立的正确性.再次,由复合材料柱形壳缺陷测量试验得到其初始几何缺陷,由轴向压缩试验得到其轴压屈曲特性,对比非线性屈曲有限元分析,验证了缺陷柱形壳有限元模型建立的正确性.最后,结合线弹性屈曲分析结果,引入模态缺陷,从线弹性和非线性屈曲分析两个方面,研究铺层角、铺层数、各层纤维厚度、几何尺寸对复合材料柱形壳轴向承载能力的综合影响规律,得到各模型的屈曲特性与缺陷敏感性.从生产制造与工程实际出发,建立一种系统的CFRP型复合材料柱形壳设计计算流程、失稳分析方法,对于复合材料柱形壳的设计、校核、优化具有指导性作用.     

基于神经网络算法的船体结构腐蚀分析及预测

针对船体测厚数据未能被有效利用的问题,提出一种基于神经网络算法的结构腐蚀分析、预测方法,为船舶的健康管理提供评估及决策支持。依据神经网络算法的基本原理和建模方法,研究测厚数据结构、神经网络输入参数的选择、腐蚀状况的分析及预测等关键问题的实现方案,并在此基础上开发船体可视化模型关联测厚结果的展示、分析功能,应用于实船测厚数据并形成有针对性的分析结论、决策建议。采用该方法对某船实际测厚数据进行分析,预测出该船型随船龄的增长腐蚀严重的区域,并在3D模型中展示。     

高强铝合金加筋薄壁梁板元相互作用研究

本文进行了某典型高强铝合金加筋薄壁梁的弯剪承载特性研究。依据工程要求设计了三种缩尺试验模型:横向加筋薄壁梁、附加纵向止裂筋薄壁梁和腹板开口补强薄壁梁。静力加载试验表明:(1)试验件破坏均由受压翼缘的局部屈曲破坏导致,但是不同试验件的屈曲翼缘弯曲变形方向不同;(2)处于腹板受拉区的纵向止裂筋不影响结构承载特性;(3)特别地,试验发现跨中腹板开口补强引起了相邻梁段屈曲翼缘承载力显著提升,目前普遍认为横向加强筋隔开的板元之间无相互作用,因此可以认为这是一种新的板元承载力相互作用。进而,基于被试验验证的有限元模型进行了材料屈曲强度的参数化分析,并证实材料屈服强度越高,板元相互作用引起的屈曲翼缘的承载力变化幅度越大。     

轴向压力作用下环形弹塑性圆柱壳体的屈曲问题

本文通过理论分析和试验，对轴向压力作用下的弹塑性圆柱壳体的屈曲特性进行研究。就理论分析而言。根据改进的拉格朗日方程建立有限元程序，研究非线性几何图形和材料特性，对轴向屈曲问题进行分析。     

万年洲浅滩航道整治模型试验及效果分析

对万年洲浅滩段的水流泥沙、演变特性以及碍航原因进行了分析,并通过定床模型实验研究,进行整治工程前后的试验分析,确定整治线的走向、弯道半径、设计水深,提出整治推荐方案。在工程实施后,根据低、中、高三个水位下的测图进行效果分析,整治效果良好,完全达到设计要求。     

屈曲T型振动能量采集器压电性能对比

通过有限元分析建立屈曲T型振动能量采集器模型进行数值模拟研究。基于ANSYS软件的结构-电耦合场对屈曲T型梁振动能量采集器进行模态分析和谐响应分析,研究屈曲T型振动能量采集器不同结构尺寸对发电效应的影响并与同规格悬臂梁模型结果进行对比。分析发现:屈曲T型梁结构尺寸变化对发电效应的影响趋势与悬臂梁相同,发电效应随着基板长度的增大而增强,基板宽度越大,T型梁振动能量采集器的发电效应增大;T型梁对比悬臂梁有更大的采集幅频宽度,同时电压峰值也更大。对比结果表明:屈曲T型压电梁相比于悬臂梁拥有更好的发电特性。     

轴压柱形壳非线性屈曲试验与理论研究

本文研究了轴压不锈钢柱形壳的非线性屈曲行为.通过轴向压缩试验,获得柱壳的载荷位移曲线、失稳载荷、最终失稳模式;在此基础上,采用弧长法对试验壳体进行非线性屈曲计算,分析平衡曲线、临界载荷、临界屈曲和后屈曲模式等非线性屈曲行为,并与试验结果作对比研究.结果表明:在柱形壳受轴压而发生弹塑性屈曲时,端部长度缺陷会在轴压初期降低柱形壳的承载力从而影响临界屈曲载荷,且高度越小时,柱形壳越容易在两端发生形变.但是总体来看,发生塑性屈曲时,端部长度缺陷对临界载荷影响很小.     

组合压载下金属折叠式夹层板的后屈曲极限强度分析

金属夹层板以优异的力学性能已应用于实船。本文根据与加筋板重量相当原则,设计一种金属折叠式夹层板结构,考虑其应用于舰船甲板的受力特性,采用非线性有限元方法,研究夹层板结构在不同组合载荷作用下的非线性后屈曲极限强度。首先通过与经验公式及相关结果对比验证了本文数值仿真方法和技术的可行性和准确性;然后建立双向面内受压和垂向载荷作用下的金属折叠式夹层板结构数值模型,基于屈曲特征值确定屈曲极限强度分析的初始缺陷;考虑结构初始缺陷,计算得到夹层板结构的后屈曲极限强度;对金属折叠式夹层板在不同组合载荷作用下的横向、纵向后屈曲极限承载能力进行计算分析;并与传统加筋结构对比,结果显示本文设计的金属折叠式夹层板结构具有更优异的稳定性和极限承载力,结果对金属夹层板的应用与强度设计提供参考。