载人深潜器钛合金耐压球壳极限强度可靠性分析

以研制中的全国产化4 500 m级载人深潜器为背景,采用非线性有限元和弧长法计算钛合金球壳极限强度,通过有限元计算得到考虑多参数影响的球壳极限强度拟合公式。基于响应面法对完整球壳以及开孔球壳进行可靠性计算,分析随机变量参数敏感性,讨论球壳厚度、内半径、初始缺陷幅值及开孔连接处角度等不同参数对钛合金耐压球壳可靠性指标的影响。     

外压作用下带初挠度加筋圆柱壳极限载荷及变形研究

加筋圆柱壳的承压分析包含极限载荷和后屈曲变形,对这二者进行准确预报是加筋圆柱壳在建造完工后的重要一环。通过实测初挠度建立了反映加筋圆柱壳真实几何形状的有限元模型,在ABAQUS中使用弧长法获得了加筋圆柱壳在外部静水压作用下的极限载荷值,采用弧长与Dynamic/explicit相结合的途径模拟了加筋圆柱壳在外压作用下的后屈曲过程,并获得最终变形。通过与试验结果对比,得出上述数值方法准确可靠,计算结果更加符合客观实际,可以推广到工程应用中。     

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.     

均匀外压下有几何缺陷球壳的破坏压力

将球壳缺陷部分看作受球壳其余部分弹性约束的独立扁球壳,提出了弹性屈曲压力的分析方法,并得出临界弧长的解析结果。还对非弹性屈曲破坏问题提出了工程实用的处理方法。共作十四个铝球壳和四个钢球壳模型试验。     

Riks弧长法在压杆非线性屈曲分析中的应用

为了得到单轴压缩杆件考虑几何非线性时的后屈曲特性,介绍Riks弧长法的基本原理,并以工字钢为例,说明Riks弧长法在压杆非线性屈曲分析中的应用.结果表明,考虑初始缺陷后,压杆的屈曲强度大大减小,且屈曲强度对缺陷因子极为敏感.该研究可为单轴压缩杆件的非线性屈曲分析提供参考.     

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.     

双层圆柱壳在均匀轴压下的屈曲行为

对双层不锈钢圆柱壳在均匀轴压下的屈曲性能进行研究,分别设计、制作和测量了3个名义相同的双层圆柱薄壳,其长径比均为1.7。通过对试样进行轴向压缩试验获得其载荷位移曲线和极限强度,采用弧长法对试样进行非线性屈曲分析,得到平衡曲线和临界载荷并与试验结果进行对比。另外采用数值分析法研究双层圆柱壳的缺陷敏感性,进而推测出一种用于评估双层圆柱壳承载能力的理论公式。结果表明,双层圆柱壳的平均极限强度约为单层的1.85倍,双层圆柱壳是缺陷敏感结构,其缺陷敏感性与内层壳体缺陷敏感性趋于一致,且双层圆柱壳的缺陷敏感性随长径比的增加而降低,试验结果、数值计算和理论预测具有较高一致性。     

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。     

点蚀损伤对环肋圆柱壳极限强度的影响

以受点蚀损伤的环肋圆柱壳为研究对象,采用单一变量法,用ANSYS有限元软件对点蚀坑深度、直径、分布位置及密度等参数变化对极限强度的影响进行仿真计算,得到一般规律,采用弧长法对环肋圆柱壳破坏机理进行分析,为耐压环肋圆柱壳的检修提供参考。     

均布外压下复合材料球壳脱层跳跃屈曲研究

本文提出了一种研究均布外压下复合材料球壳内表面薄层脱层屈曲特性的理论方法,基于弹性相似性原理建立了复合材料球壳受压内表面脱层跳跃屈曲的模型,采用非线性大挠度理论建立了脱层屈曲的控制方程,分别研究了初始状态含脱层和不含脱层的复合材料球壳的脱层屈曲特性,得到了两种情况下脱层屈曲临界载荷的表达式,讨论了脱层厚度、脱层位置、脱层大小对脱层临界屈曲载荷的影响。结果表明:对于初始状态靠近内表面存在脱层的复合材料球壳,如果脱层厚度很薄,在压力达到一定值时,内表面的脱层区域将发生跳跃屈曲,其屈曲的挠度远远大于脱层的厚度,屈曲的临界载荷随脱层大小的增大而增大,且与脱层厚度几乎成正比;对于初始状态不含脱层的受压复合材料球壳,在靠近其内表面区域存在一个位置,其对应的脱层屈曲临界载荷为最小,最有可能脱离球壳整体,发生跳跃屈曲;如果层间强度不足,该脱层还有可能进一步地扩展,从而导致薄层大面积地脱离整体,降低结构刚度。     

加肋凹型锥环柱破坏机理研究

采用Ansys有限元软件分析静水压力作用下加肋凹型锥环柱结合壳的受力特点;运用弧长法对其破坏过程进行仿真分析.通过分析锥、环、柱三部分各自位移最大点及环壳两端肋骨的载荷-应力和载荷-位移关系.对加肋凹型锥环柱结合壳的破坏模式和破坏机理进行研究,并对破坏过程中出现环壳中面应力在破坏前卸载和环壳两端肋骨的高应力的现象做出合理的解释.     

加肋凹型锥环柱破坏机理研究

采用Ansys有限元软件分析静水压力作用下加肋凹型锥环柱结合壳的受力特点;运用弧长法对其破坏过程进行仿真分析。通过分析锥、环、柱三部分各自位移最大点及环壳两端肋骨的载荷-应力和载荷-位移关系。对加肋凹型锥环柱结合壳的破坏模式和破坏机理进行研究,并对破坏过程中出现环壳中面应力在破坏前卸载和环壳两端肋骨的高应力的现象做出合理的解释。     

全海深载人潜水器超高强度钢制载人球壳的极限强度分析与模型试验

载人耐压舱是保证载人潜水器安全性的最核心部件,文章主要针对上海海洋大学正在研制的万米载人潜水器开展载人球壳的极限强度理论分析和模型试验研究。该载人耐压球壳采用超高强度马氏体镍钢。有限元分析包括静应力分析和屈曲分析,获得了耐压球壳的极限强度和失效模式;在此基础上,设计了模型球进行了极限破坏试验。通过有限元分析结果和试验结果对比,获得了球壳极限破坏压力失效模式和加载过程中球壳表面应变的变化历程。试验结果和有限元结果基本一致,验证了设计方法对马氏体镍钢球壳的适用性。该研究为后续全海深耐压球壳的设计提供了可靠的试验和理论基础。     

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。     

带大开口观察窗的球形耐压壳的稳定性分析

球壳的结构性能对缺陷很敏感。在实际工程问题中所制造的球壳模型由于带有几何上的不完善,其结构性能的分析相对无缺陷模型更为复杂。为研究带大开口球壳结构的稳定性,对冷冲压加工的带大开口的球壳进行了详细的几何测量,据此建立有限元模型,进行了包含接触面滑动、几何大变形、材料非线性等特性的屈曲分析,并用半经验公式对局部缺陷做了稳定性计算,由此得出一些可供设计使用的带大开口球壳结构性能的规律与结论。     

多腐蚀球形耐压壳屈曲特性研究

研究均匀外压下的多腐蚀球形耐压壳的屈曲.将局部腐蚀简化为球壳上的方形等深减薄,分别研究单腐蚀、双腐蚀并立和双腐蚀叠加3种情况下球壳的稳定性,并在此基础上分析双腐蚀叠加的腐蚀面积、深度和腐蚀位置对承载能力的影响规律.结果表明,双腐蚀叠加球壳的屈曲载荷下降了 33.4％,且腐蚀面积和深度对承载能力的影响高于腐蚀位置对承载能...     

铝合金夹心板结构极限承载能力有限元分析

随着新材料及新型结构的不断出现,以往的线性理论已不能满足现代工程设计的需要.本文利用MSC.NASTRAN的弧长法对一种新型铝合金夹心板结构进行了极限承载能力有限元分析,跟踪出了其屈曲平衡路径以及破坏模式.为验证有限元模拟的准确性,对结构进行了静载强度模型试验.研究结果表明,计算结果与试验符合较好.     

藕节形大深度潜水器耐压壳体强度与稳定性研究

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.文章采用有限元方法,针对缺陷幅值半径比在0.05%～0.5%之间、厚度半径比在5%～9%之间、球壳间距半径比在1.9～2.7之间、连接角在40°～65°之间的三藕节切弧连接耐压壳体,进行了强度和稳定性分析;采用最小二乘法进行公式拟合,提出三藕节切弧连接耐压壳体非线性强度公式和稳定性公式,为藕节形大深度潜水器耐压壳体的结构设计提供依据.     

藕节形大深度潜水器耐压壳体强度与稳定性研究

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。文章采用有限元方法,针对缺陷幅值半径比在0.05%～0.5%之间、厚度半径比在5%～9%之间、球壳间距半径比在1.9～2.7之间、连接角在40°～65°之间的三藕节切弧连接耐压壳体,进行了强度和稳定性分析;采用最小二乘法进行公式拟合,提出三藕节切弧连接耐压壳体非线性强度公式和稳定性公式,为藕节形大深度潜水器耐压壳体的结构设计提供依据。     

特征载荷下海工管状结构屈曲临界载荷分析

圆柱形管状结构在海洋工程领域中应用较多,在进行结构设计时,需重点关注其侧向受载时的屈曲强度问题。通过理论分析和数值模拟,对比研究径向线性载荷变化下圆柱壳的屈曲行为,以经典的Donnell壳体理论为基础,得到圆柱壳的屈曲控制方程,并通过本征值分析方法得到结构屈曲的临界条件。采用有限元软件ABAQUS对线性变化径压下圆柱壳的屈曲进行数值仿真。分析得出径厚比是径向线性分布载荷下圆柱壳屈曲临界载荷的主要影响因素,三角形径压下屈曲临界载荷值约为均布径压下屈曲临界载荷值的2倍。