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。     

大厚度环肋圆柱壳结构应力特性研究

环肋圆柱壳是水下工程产品中广泛采用的一种典型耐压结构。随着工作深度需求越来越深,环肋圆柱壳结构设计逐渐呈现出大厚度的新结构特征。本文以某深海无人系统耐压结构参数为例,采用理论方法和有限元仿真方法进行计算分析,研究不同厚度特征参数（t/R）下的环肋圆柱壳结构应力特性。结果表明,基于薄壳理论的解析计算方法不适用于大厚度环肋圆柱壳结构应力计算,大厚度环肋圆柱壳结构的应力特性与传统圆柱壳结构存在较大差异,在大厚度环肋圆柱壳结构设计时应综合权衡其壳板应力和肋骨应力的特性。     

基于分枝定界法的环肋圆柱壳优化研究

基于分枝定界方法,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时重量最轻的混合变量优化设计问题,讨论了强度约束和稳定性约束以及材料、几何参数对优化结果的影响.该方法能够有效求解环肋圆柱壳的混合优化问题,计算量小,精度高;环肋圆柱壳经优化后,壳板的重量比例大约是70%,肋骨重量占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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

切断一根肋骨的圆柱壳开孔应力分析

潜艇耐压壳体上大的开孔常常切断一根肋骨,并且用围壁进行加强.目前,环肋圆柱壳上用围壁加强的圆形开孔强度计算所用规范中的公式,是针对用围壁加强的不带肋骨的圆柱壳开孔推导出来的,而肋骨对孔口的应力集中是有影响的.本文用有限元方法对环肋圆柱壳上切断一根肋骨的用围壁加强的正交单圆孔,在静水外压下随开孔直径和加强程度变化的应力大小及分布规律进行了数值分析,发现孔边壳板中面应力与光圆柱壳开孔接近,但最大中面周向应力处弯曲应力很大;当加强程度大时,孔边壳板最大表面纵向应力超过最大表面周向应力,断肋骨面板应力很大.     

带框架肋骨的环肋圆柱壳的总体弹性屈曲

求解带肋圆柱壳屈曲压力的方法有很多,至今为止大部分人都把目光集中到了以电能量法来求解,因为用其它方法计算加强圆柱壳的屈曲压力是非常困难的.解决大圆柱壳大分舱结构的一个关键问题是求解带框架肋骨的环肋圆柱壳的总体屈曲.为此,提出一种计算带框架肋骨的环肋大圆柱壳总体弹性屈曲能量的方法.     

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。     

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.     

基于映射声无限元法柱壳振动声辐射特性分析

基于径向形函数可任意变阶的映射声无限元法,对加筋双层圆柱壳的振动声辐射特性进行分析.取无限长圆柱壳体为研究对象,基于映射声无限元法,通过数值计算法对其辐射声场进行研究分析;并将其数值结果与解析解进行对比分析,结果显示二者吻合较好,验证了本文方法的可行性,同时发现此方法具有计算精度好、效率高等优点.在此研究基础上,基于映射变阶声无限元法,对加筋双层圆柱壳的内壳振动特性和远场声辐射特性进行分析,分别讨论内外壳厚度、型材尺寸和托板厚度对加筋双层圆柱壳内壳体表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响,其分析结果表明,内壳厚度结构参数对其内表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响最明显.     

端部球面舱壁应力近似解

端部球面舱壁是一种组合回转壳结构,文章采用与回转壳相对应的弹性基础梁理论进行近似求解,考虑了厚薄板中曲面不一致引起的附加力矩和邻近肋骨的影响。该方法可应用于潜艇实际结构的设计计算。     

潜艇全船耐压结构有限元应力分析

本文对潜艇全船耐压结构进行了有限元应力分析，在此基础上，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。     

环向加肋对充液圆柱壳振动特性的影响分析

文章研究了环向加肋对充液圆柱壳耦合振动的影响。基于Love壳体理论,考虑壳体内部完全充液,采用波动法建立充液环肋圆柱壳耦合振动的频率特征方程,得到了不同边界条件下的耦合频率值。通过与已有文献数据对比,验证了文中研究方法的有效性和正确性。最后通过算例,分析了环肋参数对充液圆柱壳结构耦合振动的影响。结果表明,肋骨尺寸、数目的增加,对充液圆柱壳振动频率的提升影响明显,而内、外加肋形式所产生的影响则相对有限;肋骨对频率的影响主要表现在周向波数较大时;肋骨高度变化对耦合振动频率的影响更明显。     

双层圆柱壳受物体撞击损伤过程数值仿真

圆柱壳是海洋工程结构物和潜体中广泛采用的结构单元,为了研究其在物体撞击作用下的响应以及撞击角度对撞击响应的影响,文中采用大型非线性动态响应分析程序MSC.Dytran,分不同撞击角度,对双层圆柱壳结构受射弹撞击过程进行了数值仿真,研究分析了圆柱壳结构的损伤变形、能量吸收及撞击力的变化情况.文中的计算结果对圆柱壳结构物的抗撞击分析研究及合理的结构设计有参考价值.     

潜艇耐压结构泵水和下潜状态应力分析

基于求解环肋柱壳的传统方法和有限元法,对潜艇耐压船体在受到内压和外压时应力状态进行了研究。根据传统理论和数值计算结果,对两种状态下的应力进行了详细的对比分析,可以得出受到内压状态时应力要小,并且随着设计潜深的加大两者的偏差也会加大。研究对正确理解泵水和下潜状态下应力之间的关系以及对潜艇结构设计都有重要意义。     

耐压船体结构典型接点疲劳寿命评估

潜艇在潜浮过程中,由于静水外压引起的工作应力与焊接残余应力叠加,形成拉压循环应力,导致耐压船体的局部结构可能出现低周疲劳裂纹.一般情况下,高强度钢在抗拉强度提高的同时往往伴随着材料塑性储备和断裂韧性的下降,因此分析高强度钢潜艇结构的低周疲劳寿命非常重要.本文基于断裂力学和Paris公式建立了潜艇耐压结构低周疲劳寿命的工程估算方法,根据裂纹无损检测的概率统计和含裂纹圆柱壳极限应力分析,给出了初始裂纹和裂纹临界状态的建议值.应用本文的简化方法分析了某潜艇结构和锥柱结合壳模型的低周疲劳寿命,锥柱结合壳模型的数值算例表明本文的计算结果与试验测试结果相吻合.     

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.