纵筋环肋圆柱壳结构理论与试验研究

在对纵筋环肋圆柱壳结构进行理论分析的基础上,建立了该结构的力学和数学模型,得出计算公式。采用理论设计公式和有限元仿真计算设计一个大比例的舱段模型,并对该模型进行外压试验。通过对理论计算结果、有限元仿真计算结果和试验数据进行对比分析,认为环肋纵筋结构能显著提高结构的承载能力。     

厚板削斜和纵筋加强非轴对称锥柱结合壳优化

对于在凹结合壳处采用厚板削斜加强、凸结合壳处采用纵筋加强的非轴对称锥柱结合壳的结构优化设计建立了数学模型。选取凹结合壳处的厚板长度、厚板厚度、厚板削斜长度,凸结合壳处的纵筋剖面参数、纵筋数目、纵筋间距,以及凸凹处的环肋剖面参数等作为设计变量,考虑锥柱结合壳段的内外表面周向应力、内外表面纵向应力、其它部位应力以及工艺性要求等约束,以锥柱结合壳处可变结构的总质量为目标函数。采用APDL语言建立结构的参数化模型,用ANSYS计算结构应力,然后用遗传算法求解优化设计数学模型,解决了非轴对称锥柱结合壳复杂结构的参数化建模和离散变量优化问题。优化的非轴对称锥柱结合壳结构的质量减轻了10.52%。还分析了主要的强度约束条件对优化设计结果的影响。     

潜艇薄壁大半径圆柱壳的总稳定性

本文指出了用仅受轴向压力的无肋光壳来预报各向均匀受压的异常环肋圆柱壳的总稳定性具有足够的精度，在薄壁大半径环肋圆柱总稳定模型试验中首次观察到了纵向失稳半波数m＝5，在纵横加肋圆柱壳总稳定模型试验中证明了在异常环肋圆柱壳上增设纵骨对提高总稳定性有巨大作用。此外，还指出了本文所推荐的纵横加肋圆柱壳总稳定理论临界压力公式是各种有关公式中最合适的计算公式．     

肋骨侧向加强对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,对肋骨采用不同侧向加强材的环肋圆柱壳水下振动与声辐射进行数值计算,并对数值计算结果进行比较和分析。讨论了4种侧向加强材对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响,结果表明:4种肋骨侧向加强材对环肋圆柱壳结构的减振降噪是有利的,肋骨采用扶强材、半肋距肘板、整肋距肘板和纵筋加强其减振降噪效果会逐渐增强;随着频率的升高,各种侧向加强材的减振降噪效果也逐渐增强;肋骨侧向加强材主要对环肋圆柱壳肋骨间的振动产生影响,对其低频整体振动影响较小。     

纵骨对环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的影响

肋间壳板失稳是潜艇耐压壳体失稳的重要形式之一,加设纵骨是提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的有效方法。通过理论计算,得出以下结论:加设纵骨可以提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性,且α值越大,效果越明显;加设纵骨后的环肋圆柱壳在肋间壳板失稳时,纵向失稳半波数等于1,周向失稳波数大于10,且纵骨尺寸越大,周向失稳波数越大;失稳临界压力随肋距的减小而增大,随纵骨尺寸的增加而增大。     

环肋柱壳在流场中声辐射性能分析

本文采用能量法，用Hamilton原理和Green函数方法研究了环肋柱壳在环频率以下频段的声辐射特性，讨论了静水压力、环肋尺寸大小和间距对其声辐射性能的影响，得出了一些有实用价值的结论，供从事潜艇减振降噪工作者参考。     

纵骨对环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的影响

肋间壳板失稳是潜艇耐压壳体失稳的重要形式之一,加设纵骨是提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的有效方法.通过理论计算,得出以下结论:加设纵骨可以提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性,且α值越大,效果越明显;加设纵骨后的环肋圆柱壳在肋间壳板失稳时,纵向失稳半波数等于l,周向失稳波数大于10,且纵骨尺寸越大,周向失稳波数越大;失稳临界压力随肋距的减小而增大,随纵骨尺寸的增加而增大.     

潜艇耐压艇体纵筋加强锥—柱结合壳结构行为的分析

为考察"纵筋加强锥—柱结合壳"的力学行为,设计了"纵筋加强锥—柱结合壳"作为计算模型,运用有限元方法分析了该模型凸/凹结合部母线方向和圆周方向应力分布。纵筋在纵向和环向均破坏了结构的连续性,在环向还破坏了结构的轴对称性,在纵筋端部(纵向)和纵筋与纵筋之间(环向)的壳板上产生了应力突变和很多应力集中点;此外,在锥—柱结合部增加了许多纵向焊缝,锥—柱结合部应力环境十分恶劣。这种结构形式增大了艇体出现疲劳破坏的危险性。在采用高强度钢(屈强比接近1)的大潜深潜艇的锥—柱结合部不能采用"纵筋加强"结构形式。     

双层变厚度带肋圆柱壳的整体结构矩阵分析

本文提出了均匀外压下的由圆环板正交连接的双层变厚薄壁圆柱壳的整体强度解析计算方法，利用圆环板与内、外圆柱壳正交连接的变形协调条件，把每跨双层壳作为整体，建立双层圆柱壳段的平衡方程，运用相关矩阵分析手段和相邻壳段的连续条件，将壳段平衡方程组集成待定参数的总体方程。从壳体封端的边界条件出发，计入不同规格的环肋、纵筋、中间支骨、圆环板及其径向筋、周向筋等构件的刚度，囊括了结构纵向上的全部性能，该方法可以准确、简便地求解从单层壳到双层壳各跨段任何部位、构件的挠度和应力，并捕捉结构的薄弱部位。     

外壳板采用纵骨加强的双层加肋圆柱壳水下声辐射分析

建立了外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射计算方法，计算模型采用Donnell壳体理论，考虑了环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳的径向、切向、纵向反作用力以及纵向反弯矩，利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了计算模型的声弹耦合控制方程。推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式，采用数值计算方法在波数域求解出径向振动速度，利用稳相法得到远场辐射声压。研究表明，如果纵骨沿圆周均匀排列，则纵骨的存在不导致圆柱壳周向模态耦合，纵骨加强的双层圆柱壳水下声辐射计算可以大大筒化。采用文中方法研究了环频率以下外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射特性，计算表时：在较低的频率段，外壳板采用纵骨加强使双层加肋圆柱壳水下辐射声压增大；增大纵骨刚废，结构辐射声压也相应增大；纵骨间距对双层加肋圆柱壳水下声辐射影响比较复杂，辐射声压谱随纵骨间距变化较大，而总声级变化不明显。     

圆柱壳仅受轴向均匀外压的总稳定性分析

环肋圆柱壳存在异常特性。在异常特性区间内,其总失稳临界压力取决于仅受轴向均匀外压环肋圆柱壳的失稳临界压力。通过理论计算,揭示了环肋圆柱壳仅受轴向均于外压的失稳性质与光圆柱壳几乎一致。纵横加筋圆柱壳仅受轴向均匀外压下的失稳临界压力随肋骨尺寸或纵骨尺寸的增加而增大,随舱室长度的减小呈现先增大后减小再增大的反复递增规律。提高环肋圆柱壳在异常特性区间的失稳临界压力的有效方法是增设纵骨。     

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.     

水下纵肋加强圆柱壳低频振动与声辐射

采用模态叠加法建立了水下纵肋加强圆柱壳振动与声辐射计算模型,其中纵肋的建模采用了Timoshenko梁理论,且考虑了纵肋的径向弯曲、周向弯曲、轴向纵振动和扭转振动。与仅考虑纵肋径向弯曲振动的传统建模方法相比,文中计算结果与有限元解吻合更好。分析了光壳和纵肋加强圆柱壳的振动模态、壳面均方振速和辐射声功率,给出了纵肋对圆柱壳低频振动与声辐射的影响规律。结果表明,加入纵肋后圆柱壳产生了新的振动模态;在低频段某些频率附近,壳体振动有所增强,但高频振动被明显降低;加入纵肋后,圆柱壳在低频段辐射声功率会出现许多新的峰值,峰的数量随纵肋数目增加而逐渐减少,在更高频段上加入纵肋后辐射声功率明显降低。     

双曲率旋转式耐压薄壳应用及静强度研究进展（英文）

本文从潜艇耐压结构承载能力、耐撞性能、噪声控制、水动力性能等角度出发,结合耐压结构近几年发展动态,提出环肋双曲率旋转式耐压结构是未来潜艇的重要发展方向。分析了双曲率旋转式薄壳（如球壳、蛋形壳等）在耐压结构中的应用研究情况,指出目前双曲率耐压壳大多依靠形状优势承压,对初始几何缺陷敏感度较高,不宜直接用于潜艇耐压艇体。静强度计算方法研究现状表明数值计算方法为主流,需开展快速计算方法研究以用于工程设计。基于潜艇耐压结构使用要求,提出环肋双曲率旋转式耐压薄壳结构的计算模型,并提出有待研究的科学问题。最后对潜艇耐压结构的发展方向进行了探讨。     

纵横加肋圆柱壳稳定特性

在一定条件下,环肋圆柱壳稳定性存在异常特性区间,即减小舱长或增大横向肋骨尺寸,环肋圆柱壳总稳定性理论临界压力不变。在这两类异常特性区间内,可以通过加设纵骨的方式来提高圆柱壳结构的总稳定理论临界压力。当相对厚度减小时,纵骨在提高总稳定临界压力方面的作用更加明显。纵横加肋圆柱壳横向刚度不足时,其稳定性也存在异常特性区间,即增大纵骨尺寸,总稳定理论临界压力保持不变。     

一种非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能研究

引入圆柱壳圆截面内运动假设,利用模态法推导非均匀环肋圆柱壳模态机械阻抗解析式;通过模态机械阻抗控制法,围绕激励力位置设置阻抗增强肋骨,构造一种非均匀环肋圆柱壳;采用FEM/BEM法对该非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能进行研究,并通过模型振动试验与普通环肋圆柱壳进行对比分析。研究表明：通过增大环肋机械阻抗、合理地布置阻抗增强环肋位置构造的非均匀环肋圆柱壳,可有效降低结构振动响应和辐射噪声水平,具有较好的振声性能。     

焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射影响研究

文章重点研究了焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射的影响。通过运用热弹塑性有限元法数值模拟环肋圆柱壳对接焊接过程,得到厚板环形焊缝的三维残余应力场和应变场,然后对含有残余应力的环肋圆柱壳动力特性进行研究,并运用有限元法和边界元法分析了低频激励下其水下声辐射的特点。研究结果表明焊接残余应力对环肋圆柱壳声辐射有较明显的影响,不仅使声辐射功率曲线和外场声压曲线向低频移动,而且使在大部分激励频率上含有焊接残余应力结构的声辐射功率和外场声压均大于无焊接残余应力结构。     

环向加肋圆柱壳的冲击波损伤

本文阐述了在冲击波载荷作用下环向加肋圆柱壳中心肋距的非线性塑性响应的求解方法。此方法建立在一个简单结构模型基础上，该模型对在壳体和在基座上的条带之间的结构作了模拟，其环向加肋被模拟为一个集中质量和弹簧。通过求壳在中心肋距的动力平衡可以减小求解非齐次方程的困难，因为环向加肋的运动被引入为肋的一个边界条件。运用改进的Ｇａｌｅｒｋｉｎ近似法解决了初始边界值问题。试验中的一个真实损伤壳纵剖面决定了在Ｇａｌ     

部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳声辐射计算方法研究

利用模态展开技术和Green函数法研究了部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳在流场中的声辐射特性.环肋圆柱壳两端简支,并连有无限长的刚性圆柱障板;阻尼层用无质量的粘弹性弹簧模拟.在环肋圆柱壳的模态运动方程中,外声场、阻尼覆盖层和环肋之间存在复杂的模态耦合效应.文中计算了有限长环肋圆柱壳在水下的辐射声功率和振动均方速度,分析了阻尼层覆盖面积、阻尼层刚度、环肋等对其水下声辐射的影响.     

水中环肋锥柱结合壳的振动特性分析

基于半解析半数值法研究了水中环肋锥柱结合壳在低频范围内的结构振动特性。将环肋锥柱结合壳离散为锥壳分段、柱壳分段、圆环板和舱壁等不同子结构。用波传播法和幂级数法分别求解圆柱壳和圆锥壳的运动方程。通过相邻子结构之间的连续条件以及壳体两端的边界条件求解锥柱结合壳的振动响应。在锥壳或柱壳上施加点力激励,分析锥柱结合壳的频响特性。用有限元方法验证本文的计算结果,两者吻合良好。还研究了舱壁、环肋和流体负载对环肋锥柱结合壳振动特性的影响。