双层圆柱壳结构减振设计及模型试验研究

为降低双层圆柱壳动力舱结构振动辐射噪声,对双层圆柱壳进行了减振设计和模型试验研究.基于环肋结构增抗原理和模态振动控制理论,提出了非均匀阻抗增强环肋结构形式;为减小双层壳间振动波的传递,将阻振质量和粘弹性夹层引入到实肋板结构设计中,采用波动理论分析了复合阻波特性.联合应用非均匀阻抗增强环肋和复合阻波肋板设计了一种双层壳模型,并开展了空气中两端简支和水下悬浮激振试验;将设计模型测试结果和数值仿真计算结果与基准模型进行了分析比较.结果表明:设计模型较原结构振动明显减弱,具有较好的减振效果,验证了双层壳结构减振设计的有效性.     

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。     

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。     

船体典型结构局部强度考核试验模型设计

针对船体舱段模型典型结构,设计易于实际操作实施的缩比模型试验方案;通过有限元软件对板架水下爆炸响应进行分析．对比各个缩比模型在水下爆炸载荷作用下的响应规律．寻找为完成不同试验目的而设计的最佳试验方案。数值分析结果表明：纵桁和实肋板梁模型在水下爆炸作用下的动力响应可验证梁在爆炸冲击载荷作用下的理论分析方法,十字交叉梁塑性变形可验证实船板架结构中交叉梁系的结构动力响应分析方法。双层底板架结构的塑性变形可对舰船局部强度考核的理论分析提供基础,缩比模型计算结果与实船较为一致。计算结果对舰船型号研制和强度考核具有理论指导意义。     

大厚度环肋圆柱壳结构应力特性研究

环肋圆柱壳是水下工程产品中广泛采用的一种典型耐压结构。随着工作深度需求越来越深,环肋圆柱壳结构设计逐渐呈现出大厚度的新结构特征。本文以某深海无人系统耐压结构参数为例,采用理论方法和有限元仿真方法进行计算分析,研究不同厚度特征参数（t/R）下的环肋圆柱壳结构应力特性。结果表明,基于薄壳理论的解析计算方法不适用于大厚度环肋圆柱壳结构应力计算,大厚度环肋圆柱壳结构的应力特性与传统圆柱壳结构存在较大差异,在大厚度环肋圆柱壳结构设计时应综合权衡其壳板应力和肋骨应力的特性。     

圆柱壳变形计算方法研究

圆柱壳的变形特性计算一直受到广泛的重视,解决这一问题的经典板壳理论解法主要有解析法、数值法和半解析法。由于环肋圆柱壳结构的复杂性,采用纯解析的方法求解非常困难。随着计算机技术的发展,有限元法在船体结构分析中已占主导地位,并已成为数值解法的典型代表。本文通过对底部简支和悬臂薄壁圆柱壳的受力状态进行分析,建立有限元模型进行仿真计算并与理论计算结果加以比对,分析不同计算方法对圆柱壳变形结果的影响。     

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。     

环肋圆柱壳肋骨侧向稳定性理论分析

根据环肋圆柱壳内置肋骨的侧向失稳特点,考虑肋骨腹板的弯扭变形影响和壳板对肋骨的转动约束影响,研究了肋骨的侧向失稳机理,基于能量法得到了肋骨侧向失稳临界应力的理论计算方法,通过实例建模的方式,将理论结果与有限元仿真结果进行对比分析,验证了该理论计算方法的正确性。     

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。     

基于双模量理论的高强度钢环肋圆柱壳 总体稳定性塑性修正方法

文章基于矩形截面压杆的双模量理论和高强度钢的材料弹塑性本构关系,建立了环肋圆柱壳结构总体稳定性塑性修正曲线及修正方法,结果表明,模型的计算结果与静水外压试验测得的塑性失稳压力值及有限元结果符合情况较好,压杆双模量理论模型虽然和环肋圆柱壳实际结构存在差异,但由此得到的塑性修正方法仍具有较好的工程精度,在应用于高强度钢环肋圆柱壳总体稳定性计算时适应性好,且形式简单,便于运用。     

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．     

多种型式肋骨加强的耐压圆柱壳体结构稳定性研究

耐压圆柱壳体通常采用环肋加强以提高其在静水外压作用下的结构稳定性.文中在理论分析和实例计算的基础上对多种型式肋骨加强的耐压圆柱壳体的稳定性进行了比较,比较结果表明:在肋骨用材总量相同的情况下,通过合理选择肋骨型式或合理设计肋骨尺寸,使其面内惯性矩增大,可以较大幅度地提高耐压圆柱壳体的总体失稳压力;相邻两肋之间净距离较小的肋骨,可以较大幅度地提高肋间壳板的稳定性.     

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。     

半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构稳定性研究

耐压圆柱壳通常采用环肋加强以提高在静水外压作用下的结构稳定性.本文提出了半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构形式,在理论和模型试验研究的基础上建立了设计计算方法.研究结果表明:半圆环壳型肋骨与耐压壳板有两个连接点,减小了相邻两肋之间的净距离,能较大幅度地提高肋间壳板的稳定性;由于半圆环壳型肋骨侧向稳定性较大,合理设计半圆环壳半径和厚度,增加半圆环面内惯性矩,可以较大幅度地提高耐压壳总体失稳压力.     

Implosion tests of aluminium-alloy ring-stiffened cylinders subjected to external hydrostatic pressure

In this paper, the dynamic implosion responses of ring-stiffened cylindrical tubes under external hydrostatic pressure are reported. The ring-stiffened cylinder models were fabricated from commercial seamless aluminium-alloy 6061-T6 tubes. Six external stiffened models were constructed: three models with three stiffeners, and the other three with five stiffeners. To quantify the effects of stiffening on the structural behaviour, implosion tests were also performed on another three unstiffened tube models. In this study, a total of nine tube models were tested until their failure. Implosion was initiated by increasing the hydrostatic pressure in the chamber until the tubes collapsed, and the effects of different types of pressurising media were investigated: (i) water only and (ii) water and nitrogen gas combined. The implosion pressure pulse near the collapsing tube was recorded during the event. The models with five stiffeners increased the implosion pressure pulse by approximately 3.5 times compared with the unstiffened model.     

具有内部甲板的环肋柱壳振动和声学试验分析

对具有内部甲板的环肋柱壳模型进行振动和声辐射试验。先将测量的壳体固有频率和振型与有限元计算值做对比,然后将测量的辐射声压值与理论计算值进行对比,证明了实验的正确性和准确性。结果表明,具有内部平台甲板的模型的振型更加丰富,并且甲板的有无使得模型的固有频率和振型差别都较大,增加内部甲板后激励壳体产生的辐射声压值比激励甲板的要大。     

水下环肋功能梯度材料圆柱壳耦合振动的波动解

研究了考虑功能梯度材料的水下环肋圆柱壳耦合振动特性。根据Flügge理论和正交各向异性板壳理论,采用波动法推导出静水压力下环肋FGM圆柱壳耦合振动特征方程,运用牛顿迭代法得到静水压力下环肋FGM圆柱壳的耦合频率值。经过退化计算,与已有文献的研究结果进行对比,验证了文中计算的正确性和有效性。通过算例,分析了静水压力下环肋FGM圆柱壳在不同静水压力、材料组分、体积分数、壳体尺寸、肋条尺寸和数目等情况下耦合振动的变化规律,以及这些因素对耦合频率的影响。     

环肋、舱壁和纵骨加强的无限长圆柱壳在水下的声辐射特性

本文建立了有环肋、舱壁和纵骨的无限长圆柱壳在水下声辐射的一般的计算模型,利用Fourier变换和模态展开法导出了圆柱壳振动响应和辐射声压在波数域的计算公式,并由稳相法得到了远场辐射声压的解析公式,分析了纵骨、舱壁和阻尼等因素对声辐射的影响,为准确计算双层圆柱壳在水下的振动和声辐射特性奠定了基础.     

Strength and stability of double cylindrical shell structure subjected to hydrostatic external pressure—II: stability

This paper is the second part of the structure study of double cylindrical shell subjected to hydrostatic external pressure. The author makes researches on the relationship between inner and outer shells of pressurized double cylinders using equilibrium conditions of forces and deformation compatibility conditions with ring plate orthogonally connected to inner and outer shells and puts forward the expressions of longitudinal and circumferential forces of double pressurized cylinder. In this paper, equilibrium equations are established for a double cylindrical shell stiffened longitudinally and transversely and subjected to uniform hydrostatic external pressure by using an adjacent equilibrium method and a solution with high accuracy is presented to calculate theoretically critical pressures of panel buckling and interframe shell buckling. The solution can be used to both the double and single cylindrical shells without longitudinal stiffeners and therefore, it may be applied widely with higher accuracy. Also, some simplified formulae for the engineering application are given to calculate the panel buckling and the interframe shell buckling strengh.