基于连续介质损伤力学的钛合金耐压球壳极限强度分析

本文在连续介质损伤力学理论框架下,以深海载人装备耐压球壳结构为研究对象,开展Bonora损伤模型适用性研究。首先,设计TA31钛合金加载卸载试验,依据试验结果,分析Bonora模型参数对材料应力应变响应的影响规律;随后,提出一种模型参数校准方法,依据试验数据确定TA31钛合金的模型参数;最后,将Bonora模型通过VUMAT子程序的形式嵌入到有限元软件中,开展钛合金球壳结构的极限强度分析,并与传统方法进行对比。研究结果表明,在耐压球壳极限强度分析中,引入Bonora模型可以准确模拟耐压球壳结构的失效模式和破坏压力。该模型在材料本构关系中考虑了屈服强度、抗拉强度以及最大塑性应变的影响,结构失效的物理意义更加明确,对材料性能的优化与提升具有指导意义。

复合材料双层球壳与环板耦合结构振动特性研究

以一阶剪切变形理论为基础,采用谱几何法对不同边界条件下复合材料双层球壳与环板耦合结构振动特性分析模型进行构建,其中采用人工虚拟弹簧技术模拟耦合结构的边界条件。根据耦合处的连接关系,通过布置耦合弹簧模拟器对子结构之间的耦合关系进行模拟。应用哈密顿原理对复合材料双层球壳与环板耦合结构的特征方程进行推导,对耦合结构的固有特性和稳态响应进行求解。将所得结果与有限元结果进行对比,验证了计算的正确性。分析了几何参数、材料参数对复合材料双层球壳与环板耦合结构振动响应的影响。

数据驱动的载人舱球壳下潜过程推演与异常诊断

针对大深度载人舱球壳下潜过程难以推演等问题,本文提出一种数据驱动的下潜过程推演与异常诊断算法。首先,对大深度载人舱球壳结构及历史下潜数据进行分析。其次,将下潜深度作为输入,关键热点应力作为输出,利用长短时记忆神经网络(long short-term memory network,LSTM)构建下潜过程推演模型,并对推演结果进行分析。与DNN模型和BP模型进行对比,推演误差分别降低35.89%和68.30%。最后,基于LSTM模型,提出一种数据异常诊断算法,该算法可对传感器出现故障时的异常数据进行及时诊断与修正。

基于仿真数据库的深潜球壳应力场数字孪生方法

提出一种基于仿真数据库及数字孪生技术的深潜球壳应力场预报方法,通过建立不同尺度及载荷下耐压球壳的应力场分布仿真数据库,在潜水器上实现了通过单个耐压壳有限传感器布点虚拟传感监测其他关键部位的应力状态。基于数字孪生技术构建三级虚拟结构层,Level-1 DT层实现从有限元仿真模型到数字模型的空间映射及云图展示,球壳的极限承载力实验与数值结果对比误差小于9.4%。Level-2 DT层通过创建数据库实现数字模型的数据样本推演,仿真数据库中未获得尺寸及载荷条件下的球壳应力场分布通过局部拉格朗日插值方法获得,插值应力结果相对于仿真结果的相对误差为4.8%。Level-3 DT层开发了深潜球壳数字模型危险区域应力场分布的机器学习预报功能,通过粒子群算法优化后的BP神经网络保证预测结果与仿真结果的误差小于1%。该方法综合考虑材料性能、结构尺寸和环境载荷,可以为耐压壳结构的实时安全评估提供参考,实现对潜水器单个或多个球壳动应力场分布的动态感知、智能诊断和科学预测。

全海深潜水器载人舱球壳模型疲劳试验研究

载人舱球壳作为全海深载人潜水器最关键的部件,在潜水器下潜及上浮过程中需承受交变海水压力,对结构长期安全性来说是一个巨大的考验。为考核全海深载人潜水器载人舱球壳疲劳性能,本文首次对内径800mm的载人舱钛合金球壳缩比模型开展疲劳试验研究,分析疲劳载荷对球壳形状、焊缝残余应力、关键部位结构应力、缺陷萌生和扩展的影响,为全海深载人潜水器载人舱球壳的疲劳性能和结构安全性评估提供试验依据。

空间分布系列球壳声场耦合与辐射特性研究

针对大深度载人潜器的多球壳组合结构,以水介质中任意空间分布的系列弹性球壳为研究对象,利用球函数平移加法定理,建立计及球壳间声场相互作用的多球壳系统声振耦合模型,计算分析空间分布系列球壳的声场耦合特性及其影响因素。结果表明:声场相互作用将改变球壳模态间耦合关系,使得单阶模态对球壳振动的贡献不再限于单个峰值,进而影响声辐射频谱特征;双球壳系统受激球壳和非受激球壳都产生声辐射,轴向激励情况下,两球壳间存在强声场耦合效应,激励力偏离轴向时,声场耦合效应逐渐减弱;不同尺度球壳组成的双球壳系统扩展了声场有效耦合的频率范围,辐射声场兼具两个球壳的模态特征;多球壳串列布置时,声场耦合效应具有传递作用,多球壳按不同角度分散布置时,辐射声场空间分布则更趋复杂。

超高强度钛合金球壳设计计算方法适用性研究

为研究现行潜水器耐压结构设计计算方法对超高强度钛合金球壳结构的适用性,本文采用理论和数值方法,以目标结构参数(屈服强度ReH≥1250 MPa,内径Ri≥150 mm,工作深度H=11000 m)的钛合金球壳结构为研究对象,选取最小球壳厚度,计算结构应力和极限承载能力破坏压力,进而与设计计算方法控制标准进行对比。结果表明,在选取球壳厚度时,应在最小厚度计算结果的基础上小量增加球壳厚度,即可使现行设计规则球壳应力条款适用于新型超高强度钛合金球壳结构。

基于自适应Kriging的耐压球壳可靠性计算方法研究

为研究耐压球壳的可靠性计算问题,提出基于自适应Kriging的耐压球壳可靠性计算方法。该方法主要包括在开展试验设计的基础上,基于有限元方法获得样本点对应的承载能力,使用自适应Kriging方法结合ERF学习函数构建结构失效方程,并在此基础上开展可靠性计算。耐压球壳计算结果表明,10个验证样本点计算结果偏差均小于0.5‰,该方法具有较高精度和计算效率。基于计算结果提出在开展自适应方法建立Kriging模型过程中,学习函数的收敛指标应随着计算方法的精度进行适当地调整的结论。研究结果可为无失效方程结构的可靠性计算提供参考。

通孔球壳胞元结构压缩力学性能

球壳胞元结构作为一种新型轻质功能材料,在航空航天、交通运输等领域有着广阔的应用前景。本工作通过实验和数值模拟的方法对简单堆积的通孔球壳胞元结构受压缩时的力学性能进行了研究,得出其名义应力-应变曲线,分析了结构的有效弹性模量、屈服极限、平台应力、比吸能等性能随球壳壁厚和球心距变化的规律。结果表明,部分球壳胞元结构在压缩过程中出现屈曲现象,并翻转形成塑性铰,从而增强结构的承载能力。球壳胞元结构的有效弹性模量、屈服极限随着球心距增大呈先增加后减小的规律,其平台应力和比吸能随着球心距增大而增加。综合各项数据可得,球壳胞元结构的球心距大于等于18.0 mm是更理想的结构形式。

全海深潜水器载人球壳缩比模型疲劳试验技术研究

为考查全海深载人潜水器载人舱球壳在交变海水压力作用下的结构长期安全性,项目中共设计2只钛合金缩比球壳在深海环境模拟装置内开展疲劳试验。为降低对深海环境模拟装置的损伤并有效缩短试验时长,提出了一种超高压深海环境下采用内外压差法开展的双球并行疲劳试验技术,并据此进行了近7000个循环周期的加卸载试验。结果表明,该试验技术长期有效可靠,可为同类型试验提供技术依据和应用参考。

导体球壳内外电场与电势分布的可视化研究

内屏蔽的相关知识抽象性强、复杂度高,是培养资优生科学素养的拓展素材。文章结合内屏蔽内容,针对学生的学习困惑,探究点电荷位于非球心位置时导体球壳内外电场与电势的分布情况。利用镜像法确定了导体球壳内表面感应电荷的分布;基于叠加原理,推导出了导体球壳空间电场电势的表达式;根据电场强度与电势的微分关系,得到了电场的分布情况。通过Mathematica软件进行数值计算与绘图,实现了电场与电势分布的可视化,帮助学生构建了清晰的内屏蔽概念。

纳米多层各向同性弹性球壳的轴对称自由振动

经典连续体力学理论不再适用于具有尺度效应的微纳结构问题求解。运用状态空间方法和非局域弹性理论,建立考虑非局域效应的纳米多层球壳模型,求解了纳米多层球壳的轴对称自由振动问题。分别以不同半径的银、金纳米粒子为例进行计算并与低频拉曼散射实验值进行比较。研究结果表明:取纳米粒子的半径为材料的内特征尺度,各粒子结构自由振动频率的计算值与实验值基本相符。上述力学模型有望应用于超声作用下纳米靶向超声造影剂振动分析或其他纳米多层壳结构振动分析等。

球壳散射影响下的倾斜小尺度矢量阵三维波束形成

在阵体倾斜、球壳散射引起的方位依赖幅相误差和固定幅相误差同时存在的情况下,建立了一种基于小尺度矢量平面阵的三维波束形成方法。首先使用球谐波函数展开统一了矢量阵各通道接收数据的表达式,再利用多个辅助声源求解出球谐波函数展开系数,通过联立阵列波束输出与理想波束响应表达式,最终实现了三维波束形成并利用波束扫描实现了目标方位估计。理论和仿真结果验证了算法的可行性,该算法基于矢量阵实现,阵型相同时相比声压阵具有更高的稳健性,且辅助声源布放越分散,算法稳健性越高。

阻抗边界附近粘弹性球壳的动态声辐射力

当入射声波包含多个不同的频率分量时,物体受到的声辐射力会含有随时间变化的动态分量,称为动态声辐射力.动态声辐射力在医学成像、物质参数反演等领域得到了越发广泛的应用.利用镜像原理,从理论上推导了双频率声波作用在阻抗边界附近的粘弹性球壳上时产生的动态声辐射力,并以合成树脂球壳为例进行计算.结果显示:与稳态声辐射力相比,动态声辐射力在峰值处会出现劈裂现象,且劈裂后两峰的间距恰好等于两个无量纲频率之差,因而当两频率十分相近时可以将其近似为稳态声辐射力;增加边界声压反射系数可以明显提升动态声辐射力的峰值,而球壳与边界距离的变化则会使动态声辐射力出现周期性变化,且其变化周期刚好为半波长.当球壳相对较薄时,由于空气的声阻抗远小于水,充气球壳的动态声辐射力会远强于充水球壳.本文的计算结果预期可以为边界附近利用动态声辐射力进行声操控提供理论基础.

薄壁球壳铸造工艺设计及数值模拟

介绍了球壳结构、技术要求及原工艺,对侧壁缩松缩孔缺陷产生的原因进行了分析。针对问题进行分型和浇注系统优化,并对排气系统进行校核后调整,利用ProCAST软件对工艺优化方案和铸件质量进行了分析,确定了合理的浇冒系统和排气系统。生产验证后,铸件一次交验合格率由54.5%提升至89%。

基于局部探测法的外压球壳屈曲载荷设计方法研究

由于受外压球形容器的缺陷敏感性不可避免,其屈曲设计是值得关注的课题,因此系统地研究了基于局部探测法的外压条件下的缺陷敏感球壳结构屈曲设计。根据探测结果,提出了3种屈曲载荷设计方法:能量势垒法、最大曲率法、等效缺陷法。在考虑材料属性影响的基础上,详细介绍了3种屈曲载荷设计方法,并通过具有不同几何缺陷的球壳屈曲响应,对提出的设计方法进行对比与验证。研究结果表明,所提出的屈曲载荷设计方法与现行标准相比,能够针对特定的球壳结构,在考虑缺陷敏感性的前提下,给出精细化的屈曲载荷设计结果。利用3种特定结构对该方法进行验证,每种结构最低试验折减因子分别为0.390,0.224,0.290,而通过文中提出的设计方法计算得到的每种结构最高设计折减因子分别为0.315,0.213,0.171,均低于试验值,体现了提出的设计方法的可靠性。

微球壳在三维剪切流中的变形特性

利用双向流固耦合的模拟方法,对三维剪切流中不同几何参数的空心球壳和载液球壳的变形特性进行分析。研究发现,球壳在变形的同时伴随着旋转,且球壳上存在着交变应力,交变频率取决于球壳旋转速度。空心球壳相较于载液球壳变形更显著,旋转速度更快。

番茄织球壳萎蔫病菌的生物学特性

研究番茄织球壳菌萎蔫病[Plectosphaerella cucumerina(Lindf.)W.Gams]的症状、病菌生物学特性及寄主范围,旨在为该病害的诊断与防治提供科学依据。研究结果表明:该病菌在PDA、PSA和MEA等培养基上生长良好,多种碳氮源物质对菌丝生长均有促进作用,适宜生长的碳源为蔗糖、葡萄糖和甘露糖,适宜的氮源为蛋白胨和酵母膏。病菌在5~35℃温度范围内均可生长,最适温度为27℃,分生孢子在24℃萌发率最高,为60.2%。病菌适宜生长的p H值为6~8。菌丝的致死温度为50℃,10 min。该病菌寄主范围广泛,在人工接种条件下可侵染茄子、辣椒、番茄、生菜、苦苣、甜瓜、黄瓜、大白菜和油菜等多种作物。

量子球壳聚类

提出一种基于量子测量的球壳聚类方法.利用量子测量机理来部分模拟人脑有意识的认知机制,其基本思想是将聚类样本集分别视为可测量的环境量子系综和刺激量子系综,每个样本视为宏观系综中的一个微观量子叠加态.刺激量子系综依概率在具体微观态上进行塌缩产生刺激引起无意识的注意,并产生球壳面算符.球壳面算符通过对环境量子系综进行有意识的测量并得到平均测量值来验证球壳面的有效性,同时可以得到壳面上的样本集.相对模糊球壳聚类方法,量子球壳聚类方法能有效初始化和自动确定聚类数目,其所体现的融合信息加工过程中无意识数据驱动和有意识概念驱动的量子认知思想有望在其它模式提取方面作进一步的积极扩展应用.

某双层球壳玻璃穹顶结构设计分析

壳体结构玻璃幕墙具有外形美观、采光环境好、空间大的优点,在工程上受到广泛应用。一般幕墙结构的跨度相对较小,而双层球壳玻璃穹顶具有自重轻、跨度大、造型优美等特点,以某双层球壳玻璃穹顶工程案例作为研究对象,采用3D3S软件分析不同荷载工况下该结构的安全性,并提出穹顶玻璃的设计要点。研究结果表明:在不同荷载工况下,穹顶结构的最大应力比为0.82,最大竖向位移为13.0mm,具有良好的安全储备空间;在长期、短期风荷载作用下,穹顶玻璃应力、变形均较小,满足设计要求;从穹顶玻璃的做法角度上看,点爪式幕墙具有通透性高、安全性好、灵活性强、环保节能等特点,能够保证在造型美观的前提下,节省造价、便利施工,具有良好的经济效益。