SPSM and its application in cylindrical shells

In naval architectures, the structure of prismatic shell is used widely. But there is no suitable method to analyze this kind of structure. Stiffened prismatic shell method (SPSM) presented in this paper, is one of the harmonic semi-analytic methods. Theoretically, strong stiffened structure can be analyzed economically and accurately. SPSM is based on the analytical solution of the governing differential equations for orthotropic cylindrical shells. In these differential equations, the torsional stiffness, bending stiffness and the exact position of each stiffener are taken into account with the Heaviside singular function. An algorithm is introduced, in which the actions of stiffeners on shells are replaced by external loads at each stiffener position. Stiffened shells can be computed as non-stiffened shells. Eventually, the displacement solution of the equations is acquired by the introduction of Green function. The stresses in a corrugated transverse bulkhead without pier base of an oil tanker are computed by using SPSM.     

Research on numerical welding experiment of a thick spherical shell structure

In this paper, in order to predict the residual deformation of thick spherical structure, a welding program is compiled in APDL language based on Ansys and a numerical welding experiment of a welding example is carried out. The temperature field of welding was simulated firstly, then a thermal-structure coupling analysis was carried out, and at last the residual stress and deformation after welding were got. After that, the numerical experiment result was compared with physical experiment one. The comparative analysis shows that the numerical simulation fits well with physical experiment. On the basis of that, a three-dimensional numerical experiment of a thick spherical shell structure was carried out to get the changing rule of stress and deformation of a thick spherical shell structure during welding. The research is of great value to the prediction of residual deformation and high precision machining.     

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

  目的  在水下耐压圆柱壳结构开孔围栏与环向肋骨连接处,易出现应力集中。  方法  为此,提出一种开孔围栏与环向肋骨连接肘板拓扑优化设计方法,以有效降低肘板区域的局部高应力。首先,采用子模型技术对连接肘板区域结构进行精细化应力分析;然后,以连接肘板为设计变量,考虑耐压壳板、围栏和肋骨特征点的应力约束,以肘板区域最大应力最小化为目标函数进行拓扑优化,并对拓扑优化结果进行工程化处理,得到最终的肘板形式。  结果  计算结果表明,面板局部加宽的肘板形式可以有效降低应力集中程度;开孔围栏位置横向偏置时,远离中纵剖面一侧的肘板面板加宽长度较大;连接肘板与开孔围栏中心偏置时,肘板面板关于其腹板对称设计即可。  结论  所做研究可为类似结构设计提供参考。     

斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构声学设计

建立了二维空间声波斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构的声传递矩阵,及终端自由边界条件下的声反射系数和吸声系数表达式;对水中目标的隐身夹芯壳板结构声学系统进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验声学系统进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对水中目标隐身壳板结构反射系数和吸声系数的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料壳板结构进行了声学设计;考虑吸声夹芯层总厚度一定,对梯度阻抗夹芯进行了声学设计,分析了梯度夹芯层材料参数和几何参数对隐身结构声学性能的影响。结果表明:水中隐身夹芯复合材料壳板结构实现了承载和隐身的一体化,具有较好的声隐身效果。     

端部球面舱壁应力近似解

  目的  球面舱壁以其较高的容重比和材料利用率等优点被广泛应用于大潜深潜器中,球-环-柱组合型式的球面舱壁结构形式简单,力学性能清晰,建造工艺难度相对较低,具有较好的工程适用性。为了研究球-环-柱组合型式的球面舱壁结构在均匀外压下的应力强度特性,  方法  结合壳体控制方程,建立适用于球面舱壁结构强度计算的Riccati传递矩阵法,在此基础上讨论球壳半径、过渡环半径、边界刚度等参数对球-环-柱球面舱壁结构强度的影响;结合工程应用,初步提出能表征球面舱壁几何形状和力学特性的扁平度概念,研究其对结构强度的影响作用,并给出扁平度的建议取值范围,在此范围内,环肋柱壳对球-环组合壳形成的力学约束可近似认为是简支约束。  结果  研究表明,当球-环-柱组合型式的球面舱壁结构的扁平度取值为0.5~0.6时,应力强度性能良好。  结论  所得结果可为球-环-柱结构设计提供参考。     

基于VOR导航的平行航路侧向碰撞率计算模型

为了有效确定平行航路安全间隔与评估碰撞风险, 分析了侧向碰撞影响因素, 利用Reich模型和概率论理论, 建立了非洋区VOR导航下平行航路的侧向碰撞率计算模型。对Reich模型进行了改进, 以圆柱体碰撞模板代替传统的长方体碰撞模板, 推导出平行航路侧向碰撞率的计算公式, 利用事件的概率运算法则, 给出VOR导航下航路飞行时两机侧向重叠概率的计算模型。计算结果表明: 给定航路侧向碰撞率小于规定值, 所设定的平行航路间隔在给定的飞行环境下是安全的, 符合客观实际, 因此计算模型可行。     

自航船模外壳3D打印工艺研究

为降低制作成本,对自航船模外壳3D打印工艺展开研究。通过对比不同种类3D打印机与打印材料的性能和价格,给出设备与耗材选型参考;通过对不同姿态的成型质量、打印时长和耗材消耗量的比较给出成型姿态选择建议;分析翘边的原因后,给出在平台未变形、微变形和严重变形三种情况下预防翘边的措施;由成型后的误差和制作成本得出,采用3D打印技术制作自航船模外壳成本低、误差小。     

承受静水外压作用的圆柱形壳体结构优化设计

加强圆柱壳是最重要的深海耐压结构形式之一,是深海装备和人员安全的基础保障以及设备发挥正常功效的载体.水下的工作深度越深,耐压结构承受的海水外压力越大,对耐压结构的强度与稳定性的要求就越高,迫切需要开展结构优化设计,减轻结构自重,提高有效负载.文中分别采用快速下降算法和遗传算法,在保证耐压结构强度和稳定性以及满足基本加工工艺要求的条件下,进行耐压柱壳结构优化设计,所得计算结果对于耐压结构设计具有指导作用.     

1 100 t门式起重机设计计算及试验分析

介绍国内最大双梁全门式1 100 t起重机的构造和特点,用有限元软件ANSYS对该起重机三类荷载组合中一些工况进行仿真分析,获得结构的应力和变形。通过不同荷载工况下测试结果与计算结果的比较,验证了仿真分析的可靠性,为该类型起重机设计分析提供了方法手段。     

铝氧化银鱼雷电池段的温度控制

铝氧化银电池是目前应用于鱼雷的重要动力电池,其反应温度关系到鱼雷能否稳定航行,通过电池壳体内外对流换热可控制反应温度。分析了电池流道电解液循环速度、壳体材质对换热的影响。研究表明,可通过降低流道高度进而提高流道内电解液速度、更换导热性良好的壳体材料以增大散热功率,保证散热安全裕量。