铝合金耐压结构设计分析与试验验证

根据水下潜器总体性能要求,按照最小重量原则,结合规范和有限元方法设计工作潜深为500m的铝合金带加强筋形式的圆柱耐压舱,并通过压力筒加压试验,对Ansys有限元静力分析的精确度进行了验证,为耐压结构设计与校核提供重要参考.     

超大潜深潜器结构重量控制措施分析

潜器下潜深度增加后,耐压壳体承受的海水压力也成比例增加.为了保证耐压壳体的强度和稳定性,在不更换壳体材料、不改变基本结构形式的情况下,壳体厚度将成比例增加,从而导致结构重量快速增长,结构重量与容积之间的矛盾更加突出.为了既保证耐压壳体的强度和稳定性,又确保潜器有效载荷不减少,必须采取有效措施控制结构重量.本文以典型带肋圆柱壳舱段结构为研究对象,以结构容重比参数为优化目标,采用解析法和有限元分析方法,在确保结构强度和稳定性的前题下,通过对超大潜深潜器结构重量进行优化计算,分析各项结构重量控制措施,从总体设计角度给出结构重量控制措施和建议,对超大潜深潜器设计和新材料研制具有一定的参考价值.     

潜艇圆筒形耐压壳体结构的分析与优化

本文讨论了潜艇圆筒形耐压壳体结构的分析与优化。强度分析采用迁移矩阵法,稳定性分析采用样条能量法。在此基础上,以壳体重量为目标函数对结构进行了优化设计。另外,还以潜艇典型耐压舱段为例讨论了变刚度肋骨对减轻重量的影响。为了方便初步设计,还给出了一些典型变刚度加肋圆柱壳的强度和稳定性近似分析公式。     

平顶型内置式耐压液舱力学性能分析与设计

采用有限元方法研究不同工况下平顶型内置式耐压液舱及耐压船体的应力分布特征和稳定性,并对耐压液舱结构进行改进设计。结果表明,耐压液舱内外相连通时的工况各结构的应力水平较高,高应力主要出现在耐压液舱区域,耐压液舱区域结构稳定性高于非液舱区域耐压船体。采用增减板厚和增加纵向结构的方式改进设计有效地改善了液舱结构的高应力问题,该研究结果可为平顶型内置式耐压液舱结构设计提供参考。     

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。     

深海高强度钢环肋圆柱壳单位容积重量优化设计

单位容积重量是水下耐压壳体设计轻量化的一个重要指标,单位容积重量越低,结构可装载人员及重量越多,深海操纵及紧急上浮安全性越高。本文首先建立了600 MPa级高强度钢环肋圆柱壳结构无量纲的优化计算方法。以多学科优化软件Isight为平台,联合利用多岛遗传算法(MIGA)和序列二次规划法(NLPQL)对高强度钢环肋圆柱壳单位容积重量进行优化,得到了最小环肋圆柱壳单位容积重量、最优的半径厚度比与最大工作压力的关系曲线和拟合公式。该公式为深海耐压圆柱壳优化设计和评估提供参考依据。     

基于MATLAB的潜艇耐压液舱结构优化设计

本文以MATLAB为平台,进行了同心圆和准同心圆式潜艇耐压液舱结构的优化设计。计算结果与有限元计算结果相比偏于安全,两种结构形式的优化结果比较接近,考虑到工程实际,准同心圆式潜艇耐压液舱结构值得推荐。     

外置式耐压液舱实肋板拓扑和开孔尺寸优化

[目的]为了简化建造工艺和减轻液舱结构重量,对外置式耐压液舱实肋板结构进行拓扑优化和开孔尺寸优化设计。[方法]首先,利用Hyperworks/Optistruct对外置式耐压液舱整体模型进行结构应力分析。然后,在拓扑优化中,除与液舱壳板和耐压船体壳板相连的约100 mm长条状范围外,以实肋板其他范围内的单元密度为设计变量;以与实肋板相连的液舱壳板和船体壳板上结构的典型应力及实肋板体积分数为约束,以实肋板上最大Mises应力最小化为目标,针对满载和空舱两种工况,利用商用软件Hyperworks/Optistruct对实肋板结构进行拓扑优化。最后,基于Matlab和ANSYS联合优化,以实肋板上von Mises应力和剪应力为约束,以相应结构重量极小化为目标,对实肋板开孔进行尺寸优化,从而得到精细化开孔方案。[结果]拓扑优化结果表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中、下部。开孔尺寸优化结果表明,相比初始方案,实肋板剪应力增加38%,其他关注区域应力相当时,内部实肋板上结构重量可降低19%。[结论]两类优化设计均表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中下部,且从下到上开孔面积应逐渐减小。     

新型大潜深平台多耐压体连接结构设计

采用规范和有限元方法,对560m静压作用和坐墩工况下的某虚拟大潜深载人平台耐压壳与轻外壳之间的连接结构进行了设计和力学分析。在静水压力工况下,先根据总体布置提出并排的三耐压圆柱壳外部连接结构舱段方案;然后通过有限元方法,研究各方案的结构受力规律,通过受力分布特性对结构逐步修改;最后给出整艇结构方案和连接结构的受力特性以及连接结构对三耐压壳体的受力影响规律。通过计算分析及对比,得出了此艇结构在4种坐墩工况下的受力规律。     

长舱段耐压结构研究进展

分析长舱段耐压结构力学特性研究的发展现状,与普通环肋圆柱壳结构力学特性研究思路类似,从结构强度、稳定性以及结构优化的角度分析长舱段耐压结构力学特性的研究现状,总结概括耐压长舱段结构有待研究的问题和研究方向。     

观光潜水器载人舱大开口结构强度分析

文章分别采用规范计算和有限元分析对23客位观光潜水器载人舱大开口结构强度进行分析,并设计2种大开口结构加强形式。计算结果显示,文章设计的载人舱结构满足规范对强度和稳定性的要求,且设计的2种结构加强形式均能满足强度要求。文章计算结果可为大开口耐压罐体结构的优化设计提供参考。     

潜艇耐压液舱区域有限元应力计算

针对目前潜艇耐压液舱结构应力解析公式精度不高的情况,根据其受力特点建立了同心圆和准同心圆式耐压液舱结构有限元分析的力学模型,编程通过实例计算表明自编有限元程序可靠性很高,可单独作为一个模块取代传统的近似解析法进行应力分析及后续的优化设计。     

带中间支骨的耐压圆柱壳结构的优化

针对带中间支骨的耐压圆柱壳结构进行优化,采用改进的复合形法并引入裕量的概念对得到最优解时各个约束条件进行分析.数值结果表明:在现有理论公式和结构重量最轻的前提下,保证肋骨稳定性的约束条件是限制结构尺寸的最主要因素.肋骨和中间支骨的结构参数对耐压圆柱壳结构稳定性有较大影响,而壳板厚度和肋骨间距的参数变化只能在一定程度上提高耐压圆柱壳结构稳定性.     

基于Abaqus的环肋圆柱壳长舱段稳定性分析与结构优化

采用大型非线性有限元软件Abaqus分析了环肋圆柱壳长舱段的稳定性规律,对于环肋圆柱壳长舱段,随着舱段长度的增加,其稳定性的数值仿真解与解析解差别逐渐增大,有限元计算结果能够更加合理准确地反映其稳定性状况.现行规范对于环肋圆柱壳长舱段稳定性的求解适用性有所下降,应该考虑对理论公式进行修正.针对某种典型的环肋圆柱壳长舱段,分别采用一根和两根框架肋骨的方案进行结构优化以提高其总体稳定性,结果表明,一根框架肋骨的优化方案重量较轻,稳定性指标更加接近规范的容许值,两根框架肋骨则比较节省舱内空间.综合考虑,一根框架肋骨的方案更加合理.     

潜艇外部耐压液舱结构优化设计

提出了一种优良实用的准同心圆式潜艇外部耐压舱结构型式,并给出了这种结构基于近似解析法和基于有限元应力分析的结构优化设计方法。曲型实例表明,准确同心圆式结构优化设计方案优于传统结构设计方案。     

扁平及圆柱形耐压舱段结构的边界效应研究

本文主要研究椭圆形、圆形横截面的扁平壳及圆柱壳耐压舱段结构的边界效应,在工程实际范围内选取椭圆柱壳的长、短轴比例参数,基于理论分析和有限元参数化计算得到无量纲的应力系数等结果,分析了端部固支边界导致的长、短轴端部弯曲应力、中面应力波动的纵向影响范围和周向特征,以及扁平舱段中部典型跨的稳定应力随舱段长度的变化情况,并与环肋圆柱壳舱段结构的边界效应进行了规律对比,同时还分析了相邻椭圆形环肋骨对扁平耐压舱段端部壳板的加强效果.     

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。     

潜艇外部耐压液舱结构优化设计

提出了准同心圆式潜艇外部耐压液舱结构是一种优良实用的结构型式,给出了这种结构基于近似解析法和基于有限元应力分析的结构优化设计方法。典型实例表明,准同心圆式结构优化设计方案优于传统结构设计方案,基于有限元优化设计方案优于基于解析法的优化设计方案,液舱壳板单层加纵骨结构优化设计方案优于双层加纵骨结构优化设计方案。     

潜艇外部耐压液舱结构优化设计

提出了准同心圆式潜艇外部耐压液舱结构是一种优良实用的结构型式,给出了这种结构基于近似解析法和基于有限元应力分析的结构优化设计方法.典型实例表明,准同心圆式结构优化设计方案优于传统结构设计方案,基于有限元优化设计方案优于基于解析法的优化设计方案,液舱壳板单层加纵骨结构优化设计方案优于双层加纵骨结构优化设计方案.     

潜器耐压液舱结构有限元分析

应用有限元方法对纵骨式耐压液舱结构进行系列计算,通过多参数多工况方案对比分析,详细讨论了耐压壳板半径、液舱壳板半径、耐压船体壳板板厚、液舱壳板板厚、相邻实肋板间距、相邻纵骨间距等参数对液舱壳板和耐压船体壳板结构强度和稳定性的影响,研究结果可供潜器耐压液舱结构设计参考,并为进一步完善耐压液舱结构的理论计算方法提供依据。