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。     

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。     

单/双壳体潜艇结构耐撞剩余强度特性研究

单/双圆柱壳体结构是潜艇的两种典型结构形式.以单/双壳体潜艇典型结构为研究对象,分别设计初始深水静压强度相当的典型单/双耐压环肋圆柱壳体结构模型,基于MSC/Dytran罚函数接触算法,开展相同撞击强度载荷作用下结构模型耐撞动态响应特性分析,提取撞击后结构模型中耐压壳体结构的稳定变形位移场,作为MSC/Marc静强度求...     

深水环境下双层圆柱壳结构受撞数值仿真

水下运载器一旦受到物体撞击造成破舱进水,后果不堪设想.为了提高水下运载器的结构安全性,选取其典型耐压结构形式--双层圆柱壳结构为研究对象,采用MSC.Dytran非线性瞬态动力学分析程序,分3种撞击环境:流固耦合与深水静压联合作用、单深水静压作用以及单流固耦合作用,对双层圆柱壳结构受物体撞击的损伤过程进行数值仿真.通过对计算结果的对比分析,研究了深水压力及流固耦合作用对受撞结构的损伤变形、撞击过程中的能量转换和撞击力的影响.本文的研究成果,可为水下运载器的碰撞研究及抗撞结构设计提供借鉴.     

单双壳体典型结构耐撞特性模型试验研究及仿真分析

基于单双壳体典型结构特征,以总重量相近为基础,分别设计单双壳体结构缩比试验模型,针对单壳和有舷间水双壳模型状态,以230kg球形撞击体,初速7.8m/s侧向撞击为载荷工况,开展单双壳体典型结构耐撞特性模型试验研究。通过对撞击后结构模型的损伤状态及相关参量的观测,试验结果显示,单双壳体结构撞击载荷作用下结构的失效及破坏模式存在较大差异;进一步结合高瞬态非线性有限元程序MSC/Dytran对模型试验过程中的结构动态响应特性以及构件吸能分布特性开展深入分析,研究结果显示:不考虑外壳外部附连水影响时,由于舷间水和结构构件分散的影响,双壳结构的撞击载荷过程延长,冲击载荷峰值低于单壳结构,但耐压壳体撞击形变区域相对集中,凸起明显;单壳结构撞击形变影响区域较大,撞击力作用时间短,冲击载荷峰值较高。通过综合分析单双壳结构撞击力历程特征曲线、构件塑性变形能分布规律特性分析,可以认为随着撞击强度的不断增加,单壳结构的剩余强度将趋近于双壳结构耐压壳体。     

水下航行体纵向振动特性分析

对具有双层壳体结构的潜艇状水下航行体的纵向振动特性进行了研究。采用有限元方法计算了纵向振动湿模态的固有频率和振型，发现该水下航行体内层壳板具有两种典型的纵向总振动振型：“振动节面振型”和“错动块振型”，而外层壳板以局部振动为主。     

多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究

针对水下双层圆柱壳内外壳体各表面敷设隔声阻尼层的情况,建立了有限长多层复合加实肋板的双层圆柱壳水下声辐射计算模型.对模型采用模态展开法,系统考虑壳体与隔声层和实肋板耦合,外表面声学覆盖层作用和外部声场耦合,并以状态矢量对应的矩阵形式导出复合壳体辐射声功率的计算表达式.数值计算了隔声阻尼层和外场声学覆盖层层参数,实肋板参数和壳体阻尼对模型辐射声功率的影响.研究结果表明:有实肋板时阻尼层的降噪量最高接近15dB,实肋板的声短路作用限制了隔声阻尼层的降噪效果;双层隔声阻尼层比单层隔声阻尼层降噪效果好3-4dB.外场声学覆盖层受实肋板影响较阻尼层小,其降噪量达10dB左右.     

考虑静水压力的加筋圆柱壳体径向碰撞机理研究

水下碰撞是水下结构物的主要事故形式之一,而深水静压载荷环境下的碰撞、触礁等问题是深水静压和碰撞联合载荷作用下的结构响应问题,是最为危险的碰撞环境.采用MSC/Dytran大型非线性动力有限元程序,建立数值有限元模型,考虑深水静压和外物撞击的联合作用,进行深水静压环境、无水压力环境下以及不同撞击载荷多工况碰撞环境和撞击历程的数值分析,对加筋圆柱壳体碰撞载荷作用下的变形、失效机理和变形历程进行比较,分析了不同速度、质量撞击物撞击载荷作用下撞击强度、深水压力载荷等对碰撞历程的影响和加筋圆柱壳体深水碰撞环境下的动态响应特性和碰撞机理.结果显示:由于准静压载荷的附连联合作用,撞击形变将不可避免地带来准静压载荷的做功,其能量将直接由结构吸收,从而将导致加筋圆柱壳体结构的防撞能力急剧下降.同时,随着静水压力的增大,撞击初始阶段所产生的小变形将导致圆柱壳体的整体环向失稳,从而导致壳体整体迅速压溃,因此,深水环境下结构碰撞问题的研究主要是结构的初始稳定性问题的研究.圆柱壳体通过横向平台的加强后将有效提高壳体结构的横向失稳临界应力,从而能够明显地改善加筋圆柱壳体结构的径向耐撞能力.     

带有消声瓦的潜艇耐压壳在流场中的阻尼振动和层间应力

在壳厚方向采用位移和应力插值函数,应用混合分层理论和壳体在流场中所受的流体动压力.推导带有消声瓦的潜艇耐压壳在流场中的动力学方程.采用迭代的方法求出潜艇耐压壳在流场中阻尼振动的解.在不同粘弹性材料弹性模量和厚度下.分别计算了潜艇耐压壳在流场中阻尼振动的一阶固有频率、结构损耗因子和层间横向应力的幅值.结果表明,随粘弹性材料弹性模量的增大,一阶固有频率和结构损耗因子增加,随粘弹性材料层厚度的增大,结构损耗因子增加.一阶固有频率减小.较高的层间法向正应力是造成潜艇消声瓦在流场中低频振动脱落的主要原因.采用较高模量和厚度的牯弹性阻尼材料将有效地降低潜艇耐压壳在流场中阻尼振动的层间应力的幅值.     

水下有限长双层圆柱壳舷间声功率传递特性分析

采用模态展开法建立了水下有限长双层加筋圆柱壳的振动声辐射模型,给出了环肋、实肋板和舷间水的阻抗表达式,分析了实肋板的周向、轴向、径向及弯矩作用力对双层圆柱壳结构振动声辐射的影响,比较了舷间水与实肋板的传递功率,并针对实肋板详细分析了不同作用力的功率传递特征及主要作用频段。结果表明：0.5倍环频以下,双层壳体间功率传递以舷间水为主,0.5倍环频以上,实肋板对声辐射峰值的贡献更为明显;实肋板功率传递的四个分量中,环频以下以切向力和径向力传递为主,环频以上四个分量传递功率量级基本相当,轴向力略低。     

Study of collision characteristics of water-filled double-layer structure

Water-filled double-layer structures are typical hull structures. However, the effect of the carried water has often been neglected in previous collision studies. The carried water couples with the hull structure and participates in the energy absorption process, which reduces the collision damage done to the hull structure. This paper focuses on the effects of compressible carried water on the collision characteristics of a hull structure. Therefore, collision experiments with a simplified double-layer structure (water tank) were performed, and the corresponding collision process was simulated with the finite-element method. The two kinds of pressure (a shock wave and pressure disturbance) generated in the carried water when the water tank collides with a striker were investigated. By comparing the dynamic characteristics of empty and completely filled water tanks, it can be observed that the pressure of the carried water can reduce the displacement of the outer plate and change its deformation shape. Furthermore, the effects of pressure on the collision force and displacement of the inner plate were investigated. Finally, the collision characteristics of a typical water-filled side structure are presented as an example.     

结构型式对双层壳声辐射特性影响研究

基于有限元及边界元法，运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE，通过对圆柱壳体结构形式（耐压壳板的厚度、肋骨的布置）的改变，分析了结构形式对水下结构辐射噪声的影响，找到了结构型式改变对其结构辐射噪声的影响规律。同时研究了圆柱壳不圆度对结构振动和声辐射的影响，结果表明圆柱壳不圆度的存在，一定程度上加强了水下结构的振动，且壳体截面的不圆度越大，结构的辐射声功率越大。这对降低水下航行体的噪声具有重要研究价值。     

撞头形状对环肋圆柱壳水下碰撞特性的影响

静水压力与径向撞击联合作用是环肋圆柱壳所面临的最危险的载荷环境之一。采用MSC.DYT-RAN非线性瞬态有限元软件,对不同静水压力下,环肋圆柱壳受不同形状撞击体撞击的过程进行数值仿真,探讨不同撞头形状对结构变形吸能及碰撞力的影响规律,比较两种静压环境下碰撞结果的差别。分析表明,不同形状的撞头主要通过尖锐程度和接触面积来影响结构的变形及吸能,两种静压影响机理不同。     

双层圆柱壳受物体撞击损伤过程数值仿真

圆柱壳是海洋工程结构物和潜体中广泛采用的结构单元,为了研究其在物体撞击作用下的响应以及撞击角度对撞击响应的影响,文中采用大型非线性动态响应分析程序MSC.Dytran,分不同撞击角度,对双层圆柱壳结构受射弹撞击过程进行了数值仿真,研究分析了圆柱壳结构的损伤变形、能量吸收及撞击力的变化情况.文中的计算结果对圆柱壳结构物的抗撞击分析研究及合理的结构设计有参考价值.     

双层壳体对水下爆炸作用的影响研究

针对目前设计部门感兴趣的双层壳体结构中外壳对水下爆炸作用的影响问题,用简单平面波理论对双层壳体结构的外板对冲击波的透射特性进行分析,给出透射冲击波的计算公式,与试验比较吻合良好.并详细介绍相关的双层平板的水下爆炸试验结果,表明双层壳体结构的外壳对水下爆炸作用的影响主要表现在高频部分,冲击波压力约减小20%,结构冲击加速度和应变响应减小约50%以上,内部流体的作用使对整体冲击响应速度略有增大.     

Fluid-structure coupled analysis of underwater cylindrical shells

Underwater cylindrical shell structures have been found a wide of application in many engineering fields, such as the element of marine, oil platforms, etc. The coupled vibration analysis is a hot issue for these underwater structures. The vibration characteristics of underwater structures are influenced not only by hydrodynamic pressure but also by hydrostatic pressure corresponding to different water depths. In this study, an acoustic finite element method was used to evaluate the underwater structures. Taken the hydrostatic pressure into account in terms of initial stress stiffness, an acoustical fluid-structure coupled analysis of underwater cylindrical shells has been made to study the effect of hydrodynamic pressures on natural frequency and sound radiation. By comparing with the frequencies obtained by the acoustic finite element method and by the added mass method based on the Bessel function, the validity of present analysis was checked. Finally, test samples of the sound radiation of stiffened cylindrical shells were acquired by a harmonic acoustic analysis. The results showed that hydrostatic pressure plays an important role in determining a large submerged body motion, and the characteristics of sound radiation change with water depth. Furthermore, the analysis methods and the results are of significant reference value for studies of other complicated submarine structures.     

高能搁浅下双层底结构的损伤特性研究

船舶搁浅事故会引起船体破损、环境污染和人员伤亡等严重后果.研究船舶搁浅,不仅有利于海上生命安全、防止海洋污染,还可为船体结构的抗冲击设计及规范航运繁忙区域中船舶的航速、操作规程提供一定的依据.本文用数值仿真法研究了船舶高能搁浅中的内部力学问题,分析了典型双层底结构的损伤变形、受力和能量耗散等结果,提出了一种新式的抗搁浅YF双层底结构,并与原结构进行了比较.研究表明,损伤变形集中于结构与礁石相接触的区域,高能搁浅内部力学问题的研究可以主要考虑局部的船体结构;肋板的存在显著增加了船底结构的抗搁浅能力;高能搁浅过程中,由于垂直方向的接触力,礁石对双层底的垂向贯入量会略有减小;当纵桁远离搁浅区域时,它的吸能能力无法发挥,抗搁浅作用很弱;YF双层底结构比原结构具有更大的吸能能力和抗搁浅力.