球柱组合壳耐压船体结构静水压力试验研究

球柱组合壳结构在船舶与海洋工程领域应用广泛,为考察球柱组合壳结构的力学性能,设计制作了球柱组合壳模型进行静水压力试验,测量其应力。通过对球柱组合壳结构的应力分布规律的研究,得到了球柱组合壳结构的应力与外压力的关系,并验证了球柱组合壳结构的连接处存在应力集中现象,利用试验数据得到了应力集中系数为1.4。     

深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究

对现有的潜水器耐压壳的研究主要都围绕薄壳结构,而深海载人潜水器耐压球壳,已属于厚壳的范围.国际上还没有均匀外压下厚球壳的解析解,只有美国海军泰勒水池耐压球壳设计公式及俄罗斯相应的公式可以参考.因此本文基于有限元的分析方法,对大深度载人潜水器耐压球壳极限强度进行了研究.通过对有限元参数的比较,提出了一个合理的有限元分析模型,计算结果与实验数据相符,而泰勒水池公式及俄罗斯公式的误差较大.然后计算了一系列半径厚度比下的耐压球壳的极限强度,并研究了初挠度的影响.本文认为对于深海载人潜水器耐压球壳可以直接根据有限元计算确定其极限强度,泰勒水池公式和俄罗斯公式偏于保守;耐压球壳经过精加工,初挠度对于其极限强度的影响不大.为了实用起见,本文还给出了完善耐压球壳极限强度与经典值的比值曲线,以及初挠度效应曲线.     

基于中频增强现象估算水下薄球壳厚径比的方法

利用谐波序列公式计算不同厚径比的弹性薄球壳回波形函数,从计算结果中可以发现很明显的中频增强现象.通过研究,利用修正射线理论计算得到的不同表面弹性波对回波的贡献,可以发现中频增强现象主要由亚音速反对称拉姆波a0-引起.同时,数值计算结果显示球壳的径厚比a/h与最大增强时的频率xp近似成线形关系.利用这一特性,本文提出了一种估算薄球壳半径和厚度之比简单而实用的方法.     

深潜器载人球壳规范设计公式的比较

文章首先简要地介绍了几个船级社现有的关于深潜器载人球壳的规范设计公式,这些公式背后的理论基础要么是经典的屈服破坏或屈曲破坏.然后,应用这些规范公式对国际上现有的几个载人潜水器耐压球壳的设计厚度进行了计算,在计算中统一了输入的设计参数并将这些计算结果进行了比较.比较表明,不同船级社设计公式给出的球壳厚度存在很大差别,绝大多数设计规范计算出的厚度都超过潜水器的实际壳厚.因此,作者认为非常有必要对各船级社的规范设计公式进行更新,最好能像民船共同规范一样给出统一的球壳设计公式.最后,文中对如何建立统一公式的研究过程提出了建议.     

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。     

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。     

在静液压力作用下相交球壳与有加强圆形切口球壳的应力分析

本文给出了在静液压力作用下,相交球壳与有加强圆形切口球壳的应力计算方法。 对于相交球壳的应力计算,从球面扁壳方程出发,利用Thomson函数求得了球面扁壳方程的解,借助Thomson函数的多项式逼近式,给出了数值计算结果。 对于有孔球壳的应力计算,基于挠度函数ω=ω_o~β(-2)的近似简化假定,导出了球面扁壳方程的解。然后,再利用连接条件和球壳的变分方程式,确定解中的待定常数。与现有理论值及试验值的比较,结果令人满意。     

肋骨对环肋圆柱壳壳板稳定性影响的初步研究

用有限元法初步研究了肋骨大小对环肋圆柱壳壳板稳定性的影响,导出了考虑肋骨尺寸影响的壳板稳定性的修正公式,给出了修正系数K的变化曲线,修正后的近似解析法理论临界压力与有限元稳定分析结果基本吻合.     

开孔球面舱壁特征应力组合代理模型预报方法

[目的]开孔球面舱壁结构参数众多,直接利用有限元方法对其开展参数研究费时费力,为此,提出一种特征应力组合代理模型预报方法。[方法]提取开孔球面舱壁的几何特征参数,以此为设计变量构建一般形式的单开孔球面舱壁特征应力代理模型;采用代理模型对特征应力与结构参数进行相关性分析,提出一种缩减设计变量维度的组合代理模型方法,组合代理模型由基于柱-环-球壳参数构建的特征应力代理模型及基于开孔围栏参数和球壳厚度构建的特征应力修正系数代理模型组成。[结果]结果显示,该组合代理模型能降低设计变量的维度,使得精度明显提升,相比直接构建的代理模型,其特征应力最大误差和平均误差分别降低了4.96%～22.95%和0.59%～5.43%;应用单开孔组合代理模型对典型的多个开孔球面舱壁特征应力进行的预报显示,特征应力误差为0.12%～11.42%。[结论]所提的单开孔球面舱壁强度组合代理模型能用于多个开孔球面舱壁特征应力的快速预报。     

肋骨对环肋圆柱壳壳板稳定性影响的初步研究

用有限元法初步研究了肋骨大小对环肋圆柱壳壳板稳定性的影响,导出了考虑肋骨尺寸影响的壳板稳定必的修正公式,给出了修正系数Ｋ的变化曲线,修正后的近似解析法理论临界压力与有限元稳定分析结构基本吻合。     

焊接残余应力对深潜器耐压球壳承载能力的影响

耐压球壳通常采用焊接方式将两个半球壳连接成整球,在焊缝处产生的接近材料屈服强度的焊接残余应力对球壳的承载能力有多大的影响,是否需要做焊后消除残余应力处理,将直接影响球壳的安全性和生产成本。而现有对球壳极限强度计算,无论是理论计算还是数值计算,均只考虑了球壳初始缺陷中的几何缺陷对球壳极限强度的影响。该文将在现有的耐压壳极限强度设计公式基础上,采用数值计算的方法对耐压球壳的焊接过程进行数值模拟,得到焊后球壳的焊接残余应力分布,并在此基础上考虑残余应力对球壳极限强度的影响,结果表明,对于大潜深厚球壳,焊接残余应力对耐压球壳承载能力影响不显著,为大深度潜器耐压球罐是否需做焊后消除残余应力处理提供了一定的参考依据。     

水中有限长加肋圆柱壳的平均辐射率

利用模态展开法,推导了水中有限长不加肋和加肋圆柱壳平均辐射率理论公式。分析了流体负载有限长无肋圆柱壳与其等效矩形板的联系,及轻、重流体负载圆柱壳模态波数图和辐射特性的差异,提出了水中有限长无肋圆柱壳平均辐射率的半经验公式。与理论结果对比表明,半经验公式能很好地反映平均辐射率的整体趋势或平均值,特别是在中高频。在此基础上,通过引入修正因子将该半经验公式拓展至加肋圆柱壳情况,修正因子与肋骨根数、肋骨总质量与壳体质量比有关。数值对比表明,该公式能较好地反映辐射率的趋势或平均值,对不同尺寸圆柱壳、不同数量肋骨都有较好的适应性。     

船首交叉单元压溃力的简化解析计算及应用修正

现有的评估船舶在碰撞时压溃力的简化解析公式中,针对倾斜单元的强度缩减因子仅适用于含有小倾斜单元的球鼻结构。论文首先通过简化解析解和有限元准静态仿真的比较,验证了交叉单元简化解析公式对典型交叉结构的适用性。通过对船首的简化解析计算结果与准静态压载仿真结果的比较,发现当倾斜单元的倾斜角大于40°时,现有的倾斜角有效压溃距离与强度缩减因子已不再适用。为此,针对大倾斜角单元,基于几何折算的原理修正了有效压溃距离和强度缩减因子,并验证了其有效性。     

内河双壳油船舷侧结构耐撞性分析

提出了内河双壳油船舷侧结构耐撞性能的简化分析方法,详细讨论了球鼻艏撞击作用下内河双壳油船舷侧结构的总体破坏模式及其渐进破坏过程.在考虑舷侧外壳板发生断裂破坏后的剩余抗撞能力的基础上,给出了双壳舷侧结构的撞击力―撞深曲线和吸收能量-撞深曲线,并与有限元仿真分析结果进行了比较.简化分析方法得到的结果与有限元分析基本上是一致的,这表明该方法能对内河双壳油船结构的耐撞性能做出合理预报,可用于这类油船耐撞性能的评估.     

具有中心穿透裂纹缺陷的矩形板极限拉伸强度分析

本文利用弹塑性有限元分析结果对现有的裂纹板的拉伸极限强度简化公式进行了修正，得到了与实验结果比较吻合的修正公式，并且以受单向拉伸、具有中心穿透裂纹的正方形板为例，借助弹塑性断裂力学的理论推导了断裂控制基础上该材料的极限拉伸强度计算公式，从而从理论上解释了修正公式的合理性。     

静水压下复合材料圆柱壳力学特性研究

研究了复合材料圆柱耐压壳强度和稳定性的理论计算方法,建立了静水压下单一螺旋纤维缠绕复合材料圆柱壳的数值模型,并对多种缠绕角下圆柱壳的强度特性进行了分析.讨论了不同长径比、径厚比下复合材料圆柱壳临界屈曲载荷与缠绕角的关系,给出了静水压下复合材料圆柱壳临界屈曲载荷的近似计算公式.开展了纤维缠绕复合材料圆柱壳压力筒试验,得到...     

环-锥处折角对球-环-锥组合壳的影响

以球-环-锥组合壳体为研究对象,采用传递矩阵法建立其在均匀外压作用下结构状态向量的一阶微分方程组,并借助齐次扩容和精细积分对方程组进行求解.计算中为了研究环-锥连接处不同斜率差对结构受力特性的影响,给出了外凸型、平滑过渡型和外凹型3种结构型式的应力分布规律.计算结果表明,平滑过渡型结构具有最佳的承压能力,但是制造上往往只能保证球壳与环壳光滑过渡,而环-锥连接处应采用外凸型结构,且外凸角不宜过大.     

大深度潜器载人球壳开孔强度的理论计算及试验验证

文章根据外压球壳开孔区域的轴对称性和等面积补强所体现的主要强度特征对大深度载人厚球壳锥台形开口加强形式进行几何变换,同时求解系数十分复杂的三阶非齐次方程,完善和扩展球壳开口围壁、厚板嵌入组合加强的理论计算方法。通过两个4 500 m潜器球壳几种开口加强形式的应力集中系数理论计算、有限元计算和试验验证,证明了该方法的可靠性和适用性,可为制订大深度潜器载人球壳强度规范提供依据。     

基于粘势耦合方法的空泡水筒阻塞效应数值模拟与分析

阻塞效应修正是提高空泡水筒水动力测量结果精度的重要措施。本文以上海交通大学新空泡水筒为研究对象,采用粘势耦合方法预报某7叶螺旋桨盘面处的实效伴流场,以此修正螺旋桨进速实现空泡水筒的阻塞效应修正。首先采用面元法对螺旋桨进行敞水预报,建立体积力模型将其力场插值到RANS网格中进行计算,得到桨盘面的实效伴流场。然后根据实效伴流分数归纳进速修正公式对螺旋桨推力和扭矩曲线进行修正,从而实现了空泡水筒到敞水结果的阻塞效应修正。结果表明,空泡水筒中计算的推力和扭矩曲线修正后与敞水中的计算吻合良好。     

集体逃逸舱开孔耐压球壳优化设计

开孔耐压球壳是集体逃逸舱的主要承压结构,其强度和稳定性直接关系到逃生人员的生命安全。本文推导了计算静水压力下开孔耐压球壳应力的解析单元法(AEM),该方法与有限元法计算结果吻合。对开孔耐压球壳极限强度进行有限元分析,用响应面法(RSM)建立非线性稳定性近似公式。基于强度和稳定性计算公式,联合采用多岛遗传算法(MIGA)和Hook-Jeeves法进行优化设计,得到满足强度和稳定性要求重量最轻的设计方案。