龟型耐压壳设计及屈曲数值分析

以海龟外壳为生物原型,以长江水域为应用场景,研究耐压壳设计及屈曲行为.首先,优选壳体函数,设计龟型耐压壳结构;其次,基于等屈曲原则对耐压壳进行变厚设计,建立壳体厚度表达式,并研究厚度变化规律;最后,建立等厚龟型耐压壳模型,并基于数值法,对该结构进行屈曲研究,分析耐压壳的薄弱区域.结果表明:对于椭球壳部分,无论椭圆率在哪...     

一种新型深潜器耐压壳的非线性屈曲计算

纵环加筋圆柱形耐压壳作为一种新型的耐压壳结构,之前对它的屈曲研究大多是基于线弹性理论的屈曲模态和极限承载力计算。由于没有考虑几何和材料非线性,计算值同实验值相差较大,要结合实验对计算结果进行修正。本文将非线性屈曲问题转变为线性静力学问题求解,对纵环加筋圆柱形耐压壳进行了非线性屈曲计算。具体数值计算工作使用专业计算软件完成。非线性屈曲计算结果在屈曲模态上与实验吻合,说明采用的计算方法是合理的。本文对具有不同程度初始缺陷的耐压壳进行了数值计算,证实初始缺陷越大承载能力越低。文中的计算方法和结论可为深潜器耐压壳的设计提供参考。     

耐压壳的新颖设计

本章将给出几种不同于常规的耐压壳的设计，这些设计的两种，其一是圆柱／圆锥壳组合结构，另一是端部球形封头，本文作者已在文献「９１，９２」中发表。第三种设计系环向圆管增强的耐压壳，作者曾于１９８７年２月送请皇家海军造船学会发表，但未被他们采纳。     

蛋形水下耐压壳的屈曲行为研究

针对蛋形水下耐压壳结构的稳定性开展数值模拟研究,给出蛋形壳体的几何建模方法,基于Abaqus有限元仿真软件获得蛋形壳体的屈曲临界载荷和屈曲模态,并与Mushtri方程的理论结果进行对比研究,验证仿真模型的精确性。同时,为提高蛋形壳体的稳定性,提出一种加筋结构,研究加筋方式和加筋厚度等因素对壳体稳定性的影响规律,结果显示加筋结构对壳体的稳定性有显著增强效果,其中,环向加筋比纵向加筋效果更为明显,但加筋体厚度影响较小。分析还发现,壳体自身厚度对屈曲特征量的影响最大。     

深水耐压壳仿生设计与分析

文章研究了千米水深蛋壳仿生耐压壳的设计理论与分析方法,首先采用Upadhyaya方程、N-R方程,分别建立了鸡蛋壳、鹅蛋壳形状函数;其次,设计了6 km水深鸡蛋壳、鹅蛋壳仿生耐压壳,并基于解析法和数值法,对这两种结构进行强度和稳定性研究;最后,建立了球形、抛物线形、柱形、椭球形等4种典型耐压壳的数值模型,与仿生耐压壳作对比分析。结果表明:解析法和数值法所得的经向应力、纬向应力、临界屈曲应力吻合良好,鹅蛋壳仿生耐压壳的强度和稳定性优于鸡蛋壳仿生耐压壳,具有较好的耐压特性;球形耐压壳储备浮力能力最优,鹅蛋形、鸡蛋形、柱形、椭球形、抛物线形耐压壳的储备浮力能力分别是球的87%、82%、68%、67%、66%;从储备浮力、壳内空间利用率、流线型、乘员舒适性等方面综合比较可知,鹅蛋壳仿生耐压壳可为深水耐压壳设计提供有效参考。     

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。     

钛合金耐压壳在碰撞下的动力屈曲数值模拟

潜器在航行时有可能与礁石、冰山、其他潜器等发生碰撞事故,碰撞会导致潜器部分结构出现受损、变形、发生屈曲等情况.近年以来,耐压结构在碰撞下的动力屈曲问题引来众多学者的关注与研究.本文利用有限元软件Ansys/Ls-dyna对钛合金耐压壳在碰撞下的动力屈曲展开研究,分析撞击速度对耐压壳动力屈曲的影响.结果表明:在撞击速度达到使耐压壳发生屈曲前,碰撞过程中的最大碰撞力与平均碰撞力的比值可能不变;在不考虑其他因素(耐压壳的厚度,弹性模量,静水压力等)对碰撞力影响的前提下,撞击速度在达到使耐压壳发生动力屈曲前,与最大碰撞力和平均碰撞力近乎呈线性关系.     

蛋形深潜器耐压壳变厚度优化设计

为了提高蛋形深潜器耐压壳的材料利用率及安全性,对蛋形耐压壳的厚度进行了优化设计。首先,建立了等厚度蛋形耐压壳有限元计算模型,分析了耐压壳的应力分布特征;然后,采用零阶优化方法在保持结构重量及容积不变的条件下改变耐压壳的厚度,并给出了优化后的耐压壳内外表面曲线拟合方程用于实际耐压壳的优化设计;最后,对比分析了蛋形耐压壳结构优化前后的最大应力值、应力分布以及屈曲强度,验证了优化后的耐压壳结构具有更好的安全性。该方法可为深潜器耐压壳结构的优化设计提供参考。     

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...     

深海载人潜水器耐压球壳设计特性分析

回顾了国内外深海载人潜水器载人球壳的设计现状,对国际上6 000米级载人球壳的特征进行了分析比较,并采用塑性分析方法对不同内径的钛合金载人球壳给出了设计厚度和重量特性,分别探讨了安全系数、球壳内径、体积密度、球壳重量等设计因素.     

大深度潜水器耐压壳体弹塑性稳定性简易计算方法

通过在耐壳弹性屈密塞斯（Mises)公式中引入非弹性段的材料弹性模量,从而计及了材料弹性模量与应力之间的非线性关系,考虑了材料非弹性影响。通过对材料拉伸试验曲线进行回归分析,得到了材料切线弹性模量的近似表达式,同时采用外径取代平均直径,致使本文的方法在预测中厚壳的屈曲压力时具有较好的精度,本文给出了潜水器耐压壳体屈曲压力的简易计算方法和计算公式。经试验验证,该方法简易准确,可供初步设计时使用。     

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.     

基于极限弯矩的耐压圆柱壳破坏载荷分析

采用结构在受外载荷作用时产生的内弯矩不能平衡外弯矩而发生破坏的机理,以复杂应力密西斯屈服条件为准则,推导了圆柱壳结构的破坏载荷计算公式。将屈服、屈曲分别验证结构强度的表达式综合为一种计算方法,避开了结构屈曲时的模态确定。通过理论分析,所提出的计算方法计算简单、方便实用,具有较好的准确度。