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。     

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。     

耐压液舱结构强度与稳定性

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.     

潜艇外部耐压液舱结构型式研究

讨论了潜艇外部耐压液舱可能的结构形式。指出了传统的全实肋板外部耐压液舱、耐压船体壳板应力集中较严重，轴向应力很大。指出了加强液舱南板难以降低耐压船体壳板应力，反过来，加强耐压船体壳板也难以改善液舱壳板的应力状态。指出了液舱壳板加纵骨的全实肋板同心双层圆柱层是一种优良的耐压液舱新型结构型式。     

耐压液舱极限承载能力的影响因素分析与匹配设计北大核心CSCD

[目的]旨在讨论相同的强度储备裕度条件下耐压船体与耐压液舱极限承载能力之间的关系,以获得二者极限承载能力相当的匹配设计。[方法]首先,以典型的外置式耐压液舱为研究对象,在评估耐压液舱初始结构方案稳定性与极限承载能力的基础上,分析液舱壳板厚度、液舱实肋板厚度以及液舱横舱壁结构对耐压液舱极限承载能力的影响;随后,适当调整初始方案,获得耐压船体与耐压液舱强度储备裕度相当的设计方案,并在此基础上讨论耐压船体与耐压液舱极限承载能力之间的关系,进一步加强耐压船体,获得匹配耐压液舱与耐压船体承载能力的方案以及对应的强度裕度。[结果]结果显示,减薄液舱壳板30%、液舱实肋板33.3%及液舱横舱壁30%,其极限承载能力将分别降低16.5%,36.4%和0.17%。[结论]研究表明在相当强度储备裕度条件下,耐压船体的承载能力远低于耐压液舱的承载能力;在耐压液舱壳板的强度储备裕度约为25%、耐压船体壳板的强度储备裕度约为40%时,耐压船体与耐压液舱的极限承载压力大致相同。     

潜艇耐压液舱设计

以Sysware为设计平台,以满足现行规范要求为设计条件,对实肋板带液舱壳板纵骨的耐压液舱进行了优化设计。通过对设计变量、约束条件及目标函数的分析,提出了耐压液舱优化设计的主要设计变量、约束条件及目标函数。通过对算例的优化,对耐压液舱的设计提出了优化设计方向,对实肋板减轻孔的设计提出了改进意见。本文对耐压液舱的规范设计具有一定的指导作用。     

潜艇耐压液舱结构稳定性的初步研究

用有限元法分析研究潜艇耐压液舱结构的稳定性问题，通过实例分析，证实所采用的应用软件是可靠的，并指出了该区结构不存在总稳定问题，保证应力强度的耐压船体壳板，密加纵骨的耐压液舱壳板及密设加强筋的实肋板局部稳定性都是有保护的。由此可见，耐压液舱结构稳定性不是矛盾的主要方面，结构的安全性主要受制于应力强度。这些结构对耐压液舱结构的设计有重要意义。     

实肋板式耐压液舱结构计算方法研究

应用弹性力学经典理论和求解环肋柱壳的传统方法,将耐压液舱结构的几种结构形式综合成统一的力学模型,进行整体求解,获得各应力解析表达式;提出了液舱区耐压船体壳板极限承载能力及波舱壳板失稳压力的计算方法。力学模型清晰合理,求解简便,计算结果符合实际,可应用于工程设计。     

实肋板式耐压液舱结构的计算方法研究

应用弹性力学经典和不肋柱壳的传统方法,将耐压液舱几种结构形式综合成统一的力学模型,进行整体求解,获得各应力解析表达式;提出了液我耐压船体壳板极限承勒能力及液舱壳板失稳压力的计算方法。力学模型清晰合理,求解简便,计算结果符合实际,可于工程设计。     

实肋板式耐压液舱结构液舱壳板稳定性计算方法的探讨

本文通过耐压液舱结构整体求解得到的不届加强形式液舱壳板屈曲前的初始膜力,代入由李茨法导出的液舱壳板稳定性方程,求得不同加强形式液舱壳板失稳理论临界压力,经修正后可得相应的液舱壳板稳定实际临界压力。     

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。     

带纵骨实肋板式耐压液舱壳板强度计算方法研究

本文把耐压液舱结构看成一弹性整体，先对其进行整体求解，然后再对耐压液舱壳板按具有初始膜应力的混合边界问题求解。结果表明：在弹性范围内，本文方法计算值与有限元计算值及实验值吻合较好；在弹塑性范围内，本文对耐压液舱壳板边界约束的处理比文献「１」方法更符合弹塑性状态时其边界约束的真实状况。     

潜艇高压气吹除主压载水舱过程的数值模拟

采用结构化六面体网格对主压载水舱内部流场进行离散化,基于FLUENT流体计算软件,应用VOF两相流模型,对10 m及20 m水深时高压气吹除主压载水舱过程进行了数值模拟,研究了气液两相界面的形成及生长过程,深入分析了水舱排水速率的变化规律,并针对压载水的残留现象提出了实际操艇过程中需要注意的问题。仿真结果与现有文献中实体模型的实验结果吻合较好,均揭示了吹除过程中水舱内部压力及排水速率的波动现象,验证了数值模拟方法的准确性和有效性。为与实际情况相符,还提出了针对入口及出口边界条件的改进方案。     

基于CFD的潜艇高压气吹除主压载水舱系统模拟

高压气吹除主压载水舱是潜艇舱室进水情况下最有效的应急挽回手段之一.由于高压气吹除时压载水舱中剧烈的气液混合流动,导致建立的理论模型有一定局限性.本文通过CFD中两相流VOF模型对高压气吹除压载水舱的动态过程进行仿真,分析吹除过程中压载水舱中气-液混合现象、压力变化情况及压载水舱排水速率等特点,以验证高压气吹除压载水舱的理论模型.     

Design and research on a variable ballast system for deep-sea manned submersibles

Variable ballast systems are necessary for manned submersibles to adjust their buoyancy. In this paper, the design of a variable ballast system for a manned submersible is described. The variable ballast system uses a super high pressure hydraulic seawater system. A super high pressure seawater pump and a deep-sea brushless DC motor are used to pump seawater into or from the variable ballast tank, increasing or decreasing the weight of the manned submersible. A magnetostrictive linear displacement transducer can detect the seawater level in the variable ballast tank. Some seawater valves are used to control pumping direction and control on-off states. The design and testing procedure for the valves is described. Finally, the future development of variable ballast systems and seawater hydraulic systems is projected.     

破损潜艇应急上浮操纵仿真分析

对潜艇破损时使用高压气吹除主压载水舱进行了建模,分析破损面积、纵倾以及升降舵等因素对破损潜艇应急上浮的影响,提出根据潜艇破损部位和艇体姿态确定吹除主压载水舱的顺序原则,以及相应的操纵措施,仿真结果表明,所建立的模型是合理的,提出操纵措施是有效的。