凸型加筋锥柱结合壳深水爆炸失稳特性研究

为研究凸型加筋锥柱结合壳结构在深水爆炸载荷作用下的动力学响应以及在此过程中伴随的失稳特性,采用ABAQUS有限元软件中的声固耦合算法开展了300~500 m水深条件下深水爆炸数值模拟研究,基于结构挠度变化的失稳判据,分析总结了加筋锥柱结合壳的失稳模式,获得了加筋锥柱结合壳临界失稳载荷和临界失稳挠度随水深和壳体结构参数的变化规律.结果表明,水深条件、壳体半径、壳体厚度以及结构锥角对结构稳定性有较大影响,而腹板厚度对结构的稳定性影响不大.在此基础上,运用量纲分析的方法结合模拟得到的临界失稳数据建立了结构在常见失稳模式下结构临界失稳判据的计算公式.

潜艇耐压艇体纵筋加强锥——柱结合壳结构行为的分析

为考察"纵筋加强锥—柱结合壳"的力学行为,设计了"纵筋加强锥—柱结合壳"作为计算模型,运用有限元方法分析了该模型凸/凹结合部母线方向和圆周方向应力分布。纵筋在纵向和环向均破坏了结构的连续性,在环向还破坏了结构的轴对称性,在纵筋端部(纵向)和纵筋与纵筋之间(环向)的壳板上产生了应力突变和很多应力集中点;此外,在锥—柱结合部增加了许多纵向焊缝,锥—柱结合部应力环境十分恶劣。这种结构形式增大了艇体出现疲劳破坏的危险性。在采用高强度钢(屈强比接近1)的大潜深潜艇的锥—柱结合部不能采用"纵筋加强"结构形式。

加肋凹型锥-环-柱结合壳塑性极限分析

为探究加肋凹型锥-环-柱结合壳的塑性极限承载能力,首先通过有限元法分别对加肋凹型锥-柱结合壳和加肋凹型锥-环-柱结合壳进行了塑性极限分析,对比了结构的塑性极限载荷;然后,分析了加载过程中结构的力学行为,提出以极限载荷系数和塑性区扩展长度衡量局部进入塑性后,结构继续承载的能力;最后,指出了加肋凹型锥-环-柱结合壳结构形式的优越性,探讨了其强度标准,并通过一个精车模型试验对计算结果进行了初步验证。

高强钢锥柱结合壳焊接残余应力的数值模拟和试验研究

高强度钢在船舶生产建造过程中已得到广泛应用。高强钢的焊接常常伴随着较大的焊接残余应力,直接影响到船体结构的安全及使用寿命。文章首先基于有限元分析软件ANSYS,利用其APDL语言开发了相应的焊接程序,对高强钢锥柱结合壳模型凸锥处环焊缝的焊接过程进行模拟,得到焊接残余应力的大小和分布;然后采用X射线无损检测方法对焊缝区域进行残余应力测量。结果表明:数值模拟结果与试验测量值是相吻合的,在焊缝焊趾处存在着较大的焊接残余应力,在熔合线外,随着距焊缝中心线距离的增加残余应力值迅速下降。

加肋锥—环—柱结合壳试验研究

加肋锥—环—柱结合壳是柱壳与锥壳连接的一种新型的、优越的结构形式,它能大幅降低锥、柱壳结合部的应力峰值,提高承压能力,结合部结构重量较现在采用的加强结构重量小,最大应力不出现在结合部焊缝上。文中展示系列模型试验结果,通过比较分析,验证加肋锥—环—柱结合壳的优越性,验证课题组提出的计算加肋轴对称结合壳应力和稳定性的"分区样条等参元方法"和"ARSASS"程序的正确性。

潜艇锥柱结合壳焊趾表面裂纹疲劳寿命计算

随着潜艇用钢屈服强度的不断提高 ,潜艇耐压壳体的直径及锥壳的半锥角的不断加大 ,潜艇耐压壳体锥柱结合壳连接焊缝焊趾处的疲劳寿命已越来越受到设计人员的重视 ,但目前还没有可靠的设计方法可以遵循。针对潜艇锥柱结合壳连接焊缝处的受力特点为压弯组合应力 ,在分析了平行于裂纹面的应力、曲率的约束以及液楔的作用对潜艇焊趾表面裂纹疲劳寿命的影响进行分析后认为 ,潜艇锥柱结合壳焊趾表面裂纹疲劳寿命计算可以采用对压应力进行修正的应力强度因子计算模型。本文给出了对压应力进行修正的应力强度因子计算式 ,在此基础上提出了一套能考虑焊趾处应力集中以及焊接残余应力等影响的受压弯应力焊接结构焊趾裂纹疲劳寿命计算方法。对初始表面裂纹形状和大小对疲劳寿命的影响进行了系列计算。计算结果表明 ,本方法预报出的疲劳寿命与实验结果在量级上是吻合的 。

凹型加肋锥—环—柱结合壳强度的模型试验研究

为考察凹型加肋锥—环—柱结合壳的力学行为,设计制作了3个凹型加肋锥—柱/锥—环—柱结合壳系列精车模型,采用分区样条等参元方法对它们进行了应力计算。分别对3个模型进行了静水外压试验,测量其应力,计算应力与实测应力吻合较好。模型试验和计算结果表明,凹型加肋锥—环—柱结合壳能有效降低锥、柱壳结合部的应力峰值。通过对模型试验结果的分析,得出了一些对指导凹型加肋锥—环—柱结合壳结构设计有实用价值的结论。

加肋凹锥-环-柱结合壳结构参数分析

采用分区样条等参元法,分析了加肋凹锥 环 柱结合壳的应力和稳定性特点,研究了各项结构参数变化对结合壳应力和稳定性的影响,认为加肋凹锥 环 柱结合壳能有效降低锥柱结合部的纵向弯曲应力,但对于降低环向应力效果有限,建议在环壳段中部增加一档肋骨;半锥角的凹结合壳越大,嵌入环壳段的优势越明显;增大环壳与柱壳半径比可以有效降低环壳段中部的纵向弯曲应力.

加肋锥-环-柱结合壳连接分段极限承载能力分析

为研究初始几何缺陷对加肋凸型锥-环-柱结合壳连接分段极限承载能力的影响,参考现行规范对初始几何缺陷的要求,设计了初始几何缺陷的不同组合作为计算方案。建立了含不同初始几何缺陷形态的锥-环-柱结合壳连接分段模型,采用弧长法,分析连接分段的极限承载能力及破坏形式,并探讨了几何修正系数Cg的计算方法。结果表明:不同形态的初始几何缺陷对连接分段极限承载能力的影响有所区别;含加肋凸型锥-环-柱结合壳连接分段的极限承载能力几何修正系数可参考本文结论。

锥-环-柱结合壳的应力和稳定性

本文用解析法计算了受中面均布法向载荷作用的锥-环-柱结合壳中的应力值，并根据Trefftz准则计算了其失稳临界压力。计算结果说明，在总体几何尺寸与壳厚相同的情况下，锥-环-柱结合壳与锥-柱结合亮相比，过渡区的局部应力值显著减小，失稳临界压力提高。

含凸、凹型加肋锥-环-柱结合壳的连接结构试验研究

制作了一个含凸、凹型加肋锥-环-柱结合壳的连接结构焊接钢模,进行了静水外压试验,研究连接结构的应力分布.环壳块的嵌入有效地削减了锥-柱结合部的应力峰值.模型在大圆柱壳破坏,表明连接结构的强度高于所连接的基本结构(环肋圆柱壳)的强度.实验证明含凸、凹型加肋锥-环-柱结合壳是潜艇耐压艇体相邻的大、小圆柱壳间一种优越的连接结构.通过分析模型的破坏模式——大圆柱壳肋间壳板屈服破坏,指出计算环肋圆柱壳塑性极限载荷在现代潜艇结构设计中的重要意义.

潜艇锥柱结合壳焊缝焊趾处初始裂纹尺寸评定

潜艇锥柱结合壳焊缝焊趾处是结构疲劳热点部位,该处焊接缺陷初始裂纹尺寸的评定对于结构疲劳寿命的计算有着重要的意义.文章从不同角度,分别采用检测仪器灵敏度的下限、工程上定义的萌生阶段、焊缝的评级标准以及探伤缺陷的统计分布等方法对焊接缺陷进行评定分析,最终得出初始裂纹尺寸为:c0=2.5 mm,a0=0.1 mm.结合断裂力学方法,对该处疲劳寿命进行了分析,与实验结果比较得知,该评定结果与实际符合,在工程应用中具有可信度.

含局部初始几何缺陷的凸型锥-环-柱结合壳舱段稳定性仿真

根据大量环肋薄壳结构的建造经验,首先分析了加肋锥-环-柱结合壳加工工艺,指出锥-环-柱结合壳的初始几何缺陷主要缘于焊接,其主要分类标准为肋骨初挠度及壳板凹凸度,同时根据加工过程中焊缝产生的位置判断初始几何缺陷的分布区域;然后,选取了几种典型的初始几何缺陷形态,并采用有限元方法分析了初始几何缺陷形态变化及其幅值变化对舱段理论失稳压力及失稳变形的影响,指出当向内凹陷的初始几何缺陷出现在理想舱段失稳破坏变形的区域时,其对舱段理论失稳压力的不利影响较大,且这种不利影响将随着初始几何缺陷幅值的增大而加大;最后,提出锥-环-柱结合壳加工建造过程中,需尽量避免典型初始几何缺陷。

凹型加肋锥-环-柱结合壳局部加强方式的研究

为了给潜艇加肋锥-环-柱结合壳提供设计依据,对组合壳中凹环壳块的加强方式进行了探讨.通过分析凹型加肋锥-环-柱结合壳中环壳块的应力,指出凹环壳块需局部加强的必要性.提出凹环壳块中部增设肋骨和凹环壳块适当加厚两种加强方式,分析它们的应力分布特点.通过大量的计算,比较两种加强方式的效率,提出"应力放大系数"作为衡量凹环壳块加强方式效率的指标.制作了2种加强方式的凹型加肋锥-环-柱结合壳精车模型,进行了模型试验.计算分析和模型试验结果表明,对凹环壳块适当加厚是提高凹型加肋锥-环-柱结合壳效率的较优越的加强方式.

厚板削斜和纵筋加强非轴对称锥柱结合壳优化

对于在凹结合壳处采用厚板削斜加强、凸结合壳处采用纵筋加强的非轴对称锥柱结合壳的结构优化设计建立了数学模型。选取凹结合壳处的厚板长度、厚板厚度、厚板削斜长度,凸结合壳处的纵筋剖面参数、纵筋数目、纵筋间距,以及凸凹处的环肋剖面参数等作为设计变量,考虑锥柱结合壳段的内外表面周向应力、内外表面纵向应力、其它部位应力以及工艺性要求等约束,以锥柱结合壳处可变结构的总质量为目标函数。采用APDL语言建立结构的参数化模型,用ANSYS计算结构应力,然后用遗传算法求解优化设计数学模型,解决了非轴对称锥柱结合壳复杂结构的参数化建模和离散变量优化问题。优化的非轴对称锥柱结合壳结构的质量减轻了10.52%。还分析了主要的强度约束条件对优化设计结果的影响。

局部初始几何缺陷对凸型锥-环-柱结合壳应力影响的分析

分析锥-环-柱结合壳加工过程,确定初始几何缺陷要素。运用计算机仿真技术,分析不同工况下的初始几何缺陷对锥-环-柱结合壳典型部位应力的影响。研究结果表明:由初始几何缺陷引起的附加弯矩与初始几何缺陷幅值呈线性关系;环壳近柱壳侧跨端内表面纵向应力值较大,对初始几何缺陷较为敏感,随初始几何缺陷幅值的增大最先超过规范许用应力;肋骨初挠度、圆柱壳段、圆锥壳段壳板凹凸度同时存在时,对应力的不利影响较大。

锥柱结合壳加强形式应用研究

在现代潜器的耐压船体结构设计中 ,广泛采用了锥柱结合壳过渡结构形式。厚板削斜锥壳过渡环是一种新型的加强形式 ,能有效地减小锥柱结合壳处的局部高应力 ,并具有结构重量轻、制造工艺简便、加强效果好等特点。为满足现代潜器的发展需求 ,本文采用迁移矩阵法专用程序 ,对该种加强形式进行了大量的理论计算和分析研究 ,以获得最佳的结构形式和参数 ,为现代潜器应用厚板削斜锥壳过渡环设计提供指导原则。

等网格加筋复合材料锥柱结合壳的稳定性有限元分析

本文利用有限元位移法对均布外压下的等网格加筋复合材料的锥柱结合壳进行了总体稳定性的分析。

基于舱壁设置的加肋凸、凹锥-环-柱结合壳强度分析

运用分区样条等参元法对舱壁不同布置位置的潜艇加肋凸、凹锥-环-柱结合壳进行强度分析,得出了一些对指导凸、凹型锥-环-柱结合壳结构设计和舱壁布置有实用价值的结论.

加肋凸型锥—环—柱结合壳模型试验研究

加肋锥—环—柱结合壳是潜艇耐压艇体柱壳与锥壳连接的一种优越的结构形式,它能大幅度降低结合部的应力峰值。该文通过两个精车模型和三个大比例钢制焊接模型的静水外压试验,研究了加肋凸型锥—环—柱结合壳模型的应力分布和组合壳的极限承载能力。通过对应力分布和模型破坏模式的分析,指出加肋凸型锥—环—柱结合壳的力学特性。