潜艇艏端耐压舱壁构型对声目标强度的影响

潜艇艏部目标强度偏大,影响潜艇的声隐蔽性。由目标强度贡献比例曲线发现,艏端耐压舱壁是潜艇艏部目标强度的主要来源。潜艇艏端耐压舱壁主要有(椭)球面和平面2种形状,声波自艏端入射时,刚性平面的目标强度显著高于有一定曲率的刚性椭球面的目标强度。建立了一系列具有不同曲率的椭球形艏端耐压舱壁模型,基于板块元方法分析了艏端目标强度随舱壁曲率的变化关系,并对结果进行对数拟合,再利用BEM数值方法对耐压壳体艏部近场回波进行仿真,得到散射声压云图。计算结果表明:耐压壳艏端舱壁采取椭球面构形能够减弱散射声场的指向性,从而显著降低目标强度(10 d B)。曲率大于一定程度时,艏端目标强度值趋于稳定。     

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。     

艉部新型球面舱壁结构强度及稳定性分析

[目的]为了使艉部具有更大的布置空间,有利于优化轴系布置,并减小艉部振动,提出一种艉部新型球面舱壁结构型式。[方法]采用ANSYS有限元软件建立其有限元模型,对比分析新型和传统球面舱壁结构的强度和稳定性;然后针对不同球面舱壁厚度情况,研究围栏厚度对舱壁结构强度和稳定性的影响。[结果]研究表明,当围栏厚度增加时,舱壁结构稳定性近似成线性增加,而其对球面舱壁结构强度的影响取决于最大Mises应力出现的位置:当最大Mises应力出现在围栏附近时,增加围栏厚度可使之有效降低;当最大Mises应力出现在过渡环壳处时,增加围栏厚度对降低结构最大Mises应力无益。[结论]研究成果可为球面舱壁结构型式设计提供参考。     

含新型连接型式的潜艇内部平面舱壁结构设计及模型试验验证

[目的]在潜艇内部平面舱壁设计中,目前是采取分别对舱壁板和构架进行计算的方式,缺乏评估舱壁整体结构极限承载能力的方法,且加强结构端部附近的耐压船体还有局部高应力。为此,[方法]提出一种应用于舱壁加强构架端部的新型连接结构型式,并通过模型试验验证舱壁两侧承载能力是否相同。[结果]有限元分析和试验结果表明,新型连接结构型式能有效降低局部高应力状态,无筋面破舱工况舱壁的极限承载能力比有筋面破舱工况舱壁的大。[结论]所提新型连接结构型式可应用于潜艇内部平面舱壁设计。     

加筋球冠结构在静动载荷作用下的动响应分析

借助ANSYS/LS-DYNA程序,分析加筋球面艏端隔壁在静动载荷作用下的动响应,求得了静动载荷作用下的球面艏端隔壁结构的动力响应;分析潜艇发射雷弹时发射管的转角变形,给出了潜艇发射雷弹时发射管转角变形的规律。分析时选用顺序求解法,即借助ANSYS对艏端隔壁结构进行静力分析,将其结果作为艏端隔壁结构动力作用下的初始条件,然后再借助LS-DYNA进行艏端隔壁结构的动力响应分析。通过大量的数值实验,并结合理论分析,最终给出了潜艇发射雷弹时发射管的转角变形规律。     

环-球型端部舱壁结构强度与变形分析

以弹性回转壳理论为基础,推导圆锥壳与球形壳体的刚度矩阵与载荷列阵,建立了静水压力下考虑大挠度影响的环-球型端部舱壁强度与变形的理论计算方法。算例表明该方法与有限元数值方法计算结果相当吻合,也表明大挠度效应对该结构的强度与变形有一定的影响。研究表明,对于类似的回转壳体组合结构,进行解析分析是可行的,而且比常规的有限元方法更加准确和实用。研究结果对潜艇端部舱壁与压力容器球形封头设计具有重要指导作用。在现有研究的基础上,可以将该方法的应用范围推广至轴对称压力作用下的环-球型回转壳结构。     

球-环-柱型式球面舱壁静强度及承载能力分析

以球-环-柱组合壳型式的球面舱壁结构为研究对象,分析不同几何形状下球面舱壁结构静强度及承载能力的特性.为表征球面舱壁扁平几何形状,初步提出"扁平度"的概念,借助结构有限元软件,对系列不同扁平度球面舱壁模型进行计算,分析其对结构静强度及极限承载能力的影响作用.研究表明:当球面舱壁扁平度较小(约小于0.2)时,过渡环段的内表面应力强度问题突出,容易产生塑性变形并扩展至整个过渡环段,并在过渡环区域发生破坏;当扁平度较大(约大于0.7)时,球壳区域出现弯曲应力,初挠度影响较为敏感,易在初挠度区域产生塑性变形导致结构失效;建议扁平度取值范围为0.35~0.55,对应球面舱壁极限承载能力相对较高.本文的研究结论可为球-环-柱结构设计提供参考.     

弹塑性固有应变法在厚壁球面舱壁结构焊接中的应用

针对热弹塑性有限元法仅适用小规模焊接的弊端,采用弹塑性固有应变法对厚壁球面舱壁结构的焊接工艺进行模拟,并对球面舱壁结构的焊接工艺进行优化,最终给出球面舱壁结构合理的焊接工艺.在大型有限元软件ANSYS的基础上,通过开发的热弹塑性焊接计算程序得到单道焊缝焊接时的残余应变;通过残余应变等效,对球面舱壁的各焊缝处施加温度载荷;通过一次弹塑性有限元法得到厚壁球面舱壁结构的整体变形.通过开展不同焊接工艺下球面舱壁结构的焊接变形分析,给出厚壁球面舱壁结构合理的焊接工艺.     

基于传递矩阵法的2种过渡环形式球面舱壁结构强度分析

以2种过渡形式的球面舱壁作为研究对象,利用Riccati传递矩阵法对其结构强度进行计算并分析。研究了锥壳过渡球面舱壁中半锥角和球-环折角对结构强度的影响,建议优先选取较小的球-环折角;讨论了球壳及环壳半径对圆弧过渡球面舱壁的影响规律,认为在一定的球面舱壁长度下,存在特定球壳半径及相应的环壳半径使得应力状态最佳;比较了2种形式的球面舱壁结构,分析其结构强度差异。     

ASME锅炉及压力容器规范在潜艇结构中的适用性分析

潜艇校核常用的是舰船通用规范,但考虑到潜艇某些结构主要承受压力载荷,可采用锅炉及压力容器规范,简称ASME规范,对潜艇的平面舱壁结构进行静强度校核。压力容器规范校核引入分析设计方法,将应力进行分类,对结构不同部位采用不同校核标准,较舰船通用规范能够更充分利用结构。压力容器规范主要适用于板壳结构,而舱壁主要为加筋板结构,所以舱壁校核使用ASME规范时还需要进行一些补充,从两类规范校核结果可以看出,补充后的ASME规范适用于潜艇舱壁结构。     

超大潜深潜器耐压结构参数设计可行区域研究

快速选取潜器耐压结构参数是超大潜深潜器总体结构方案论证的需要。针对采用高强度钢和超高强度钢材料典型带肋圆柱壳结构,在分析超大潜深潜器耐压结构强度标准和强度计算方法的基础上,提出超大潜深潜器耐压结构参数设计可行区域设想和可行区域边界计算方法。通过编程计算,绘制出超大潜深潜器耐压结构参数设计可行区域图谱,为超大潜深潜器总体结构方案论证提供一个有力的设计工具。     

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.     

不同主压载水舱状态下的双层圆柱壳冲击响应分析

对潜艇结构冲击响应（压力）的分析可以评价结构的抗冲击能力并为提高结构抗冲击性能提供依据。以双层圆柱壳为基础,建立有限元模型。利用仿真算法计算当双层圆柱壳结构在主压载水舱状态改变时,耐压壳与非耐压壳的压力响应,并对压力响应进行了分析。通过数据分析表明：主压载水舱的状态对潜艇主要结构响应有很大影响,尤其是对耐压壳、非耐压壳的压力响应及冲击波过后结构响应的衰减方式、频率都有明显影响。     

夹芯复合材料在潜艇声隐身结构中的应用及其相关技术研究

潜艇的声隐身问题一直是研究的热点，各种新的声学材料和结构不断涌现。首先对复合材料在潜艇声隐身结构中的应用情况进行了分析，对其材料、结构形式、作用效果等方面进行了详细阐述，提出了夹芯吸声复合材料作为水下声隐身结构的发展趋势。然后利用数值计算的方法，对夹芯复合材料的声学性能进行了分析，得到了夹芯复合材料各层材料参数，如厚度、声特性阻抗和损耗等对声学性能的影响规律。最后，评估了典型局部结构壳板应用夹芯复合材料后的力学性能和声隐身性能。结果表明，潜艇非耐压结构的壳板采用夹芯复合材料可以满足结构的力学要求，与钢结构相比声隐身能力得到提高。     

锥柱结合壳设计研究

为优化带凹角的锥柱结合壳舱室的设计,编写结构计算程序,对锥壳的强度与稳定性计算及锥柱结合壳舱室稳定性计算通过规范的解析式求解,对锥柱结合壳的凹凸角强度计算通过迁移矩阵法求解。程序采用自动计算节点坐标方法,解决结构参数的改变需求,从而实现优化计算。     

潜艇耐压舱段静动力性能计算分析

对一定几何尺寸、水深下的潜艇耐压舱段，设计满足强度和稳定性要求的较佳结构；以环肋柱壳为例分析各结构尺寸对其强度和稳定性的影响，并对其在流场中的振动频率进行计算分析。本设计及频率计算采用C#语言自编程序软件，快捷准确有较强实用性和工程意义。最后采用软件Ansys建立环肋柱壳模型，计算其失稳压力及频率，进一步证明理论分析结果的可靠性。     

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.     

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。     

潜艇导弹包型线优化设计研究

潜艇导弹包的外形对潜艇各种航行性能都有重要影响,各个国家对潜艇导弹包的外形设计都非常重视。本文以SUBOFF潜艇为母型,首先对导弹包进行参数化,基于CFD技术与iSIGHT优化平台,运用试验设计方法创建计算样本,然后引入响应面技术构造潜体总阻力与导弹包参变量之间的近似函数,并在此基础上采用现代优化算法,以总阻力最小为优化目标寻优,确定最优点设计参数,同时分析了阻力随各设计参数变化的规律。     

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.