轴压复合材料蛋形壳屈曲特性

在对模态缺陷条件下轴压复合材料柱形壳进行屈曲分析的基础上,结合仿生学原理对柱形壳进行形状优化,运用等质量、等容积两种方法,设计与柱形壳开口直径相同的蛋形壳,研究其多模态屈曲特性。结果表明:相对复合材料柱形壳,蛋形壳具有更好的轴向承载能力与更低的缺陷敏感度。从工程实例出发,以单立柱固定式海洋平台的柱形壳桩腿为背景,采用分段式模块化设计的方法,在5%多模态缺陷条件下,研究一般钢结构柱形壳桩腿、碳纤维复合材料柱形壳桩腿、碳纤维复合材料多蛋交接形桩腿的轴压屈曲特性。结果表明:在相同的承载能力下,复合材料多蛋交接形桩腿具有更小的质量、更低的缺陷敏感度与更好的稳定性。

1.09万m^3蛋形壳体结构无粘结预应力张拉分析

本文通过对杭州市四堡污水处理厂蛋形消化池无粘结预应力张拉对混凝土结构影响的试验研究,测定了张拉应力的影响范围,分析了预应力张拉工艺,比较了规范与施工相近有关系数的取值,提出了供设计、施工参考采用的控制张拉力和张拉工艺等。

多蛋形交接耐压壳屈曲特性试验与数值研究

文章研究了多蛋形交接耐压壳屈曲行为。基于壳体开孔处的变形量与完整壳体一致的设计理念,优选多蛋壳结构参数,制作多蛋壳比例模型,并对其制作误差进行了检测。此外,还进行了静水压力试验,验证真实多蛋壳破坏形式,检验环肋参数的合理性,比较了考虑真实形状和厚度的非线性有限元分析结果。结果表明:基于变形协调理念设计的多蛋壳,最终破坏远离环肋交接处,蛋形壳单元破坏形式及载荷与完整单蛋壳基本相同,试验验证了多蛋壳继承了完整蛋形壳较好的耐压特性;基于弧长法的数值计算与试验结果具有良好一致性,考虑真实形状和厚度的非线性有限元分析可用于分析预测真实壳体的屈曲特性。

蛋形耐压壳力学特性研究

深入研究了复合材料蛋形耐压壳的力学特性。首先建立蛋形耐压壳母线方程及解析法力学模型;在此基础上,推出极限强度载荷、屈曲临界载荷与厚度的定量关系式,以及厚度和浮力系数的求解方程,并研究了同比条件下球形耐压壳的力学特性。结果表明,蛋形耐压壳综合性能优于球形耐压壳,可最优协调强度稳定性、浮力系数、空间利用率、人机环特性以及水动力学特性,且对缺陷敏感性低,便于开孔、开窗,在深海潜水器上具有良好的应用前景。

一阶模态缺陷条件下蛋形耐压壳屈曲特性研究

为研究蛋形耐压壳在不同数值模型下的屈曲特性,首先,建立理想蛋形耐压壳数值模型,研究单元尺寸对其强度与屈曲的影响;在此基础上,引入非线性与一阶模态缺陷,分别研究蛋形耐压壳在这两种情况下的屈曲特性影响规律.结果表明:单元尺寸对蛋形耐压壳的强度影响小,屈曲影响大;非线性与模态缺陷对耐压壳的稳定性影响大,二者对临界屈曲载荷下降的贡献度分别达到56.27%、13.47%,故进行蛋形耐压壳数值分析时应将其列入考虑范围,保证耐压壳安全稳定性.

蛋形深潜器耐压壳变厚度优化设计

为了提高蛋形深潜器耐压壳的材料利用率及安全性,对蛋形耐压壳的厚度进行了优化设计。首先,建立了等厚度蛋形耐压壳有限元计算模型,分析了耐压壳的应力分布特征;然后,采用零阶优化方法在保持结构重量及容积不变的条件下改变耐压壳的厚度,并给出了优化后的耐压壳内外表面曲线拟合方程用于实际耐压壳的优化设计;最后,对比分析了蛋形耐压壳结构优化前后的最大应力值、应力分布以及屈曲强度,验证了优化后的耐压壳结构具有更好的安全性。该方法可为深潜器耐压壳结构的优化设计提供参考。

蛋形混凝土耐压壳的设计与力学特性研究

耐压壳体的设计,在深海潜水器等水下作业设备研制开发中占有重要位置。本文结合蛋形结构和混凝土的耐压特性,完成2 000 m水深耐压壳的结构设计,分析其在理想状态、考虑几何缺陷情况下的力学特性,以及混凝土材料的蠕变对其力学特性的影响。结果表明,蛋形混凝土耐压壳中间段承受的应力大于两端,失稳最先发生于耐压壳中部,发生蠕变后耐压壳屈曲极限载荷与理想状态相比下降了6.88%。

蛋形水下耐压壳的屈曲行为研究

针对蛋形水下耐压壳结构的稳定性开展数值模拟研究,给出蛋形壳体的几何建模方法,基于Abaqus有限元仿真软件获得蛋形壳体的屈曲临界载荷和屈曲模态,并与Mushtri方程的理论结果进行对比研究,验证仿真模型的精确性。同时,为提高蛋形壳体的稳定性,提出一种加筋结构,研究加筋方式和加筋厚度等因素对壳体稳定性的影响规律,结果显示加筋结构对壳体的稳定性有显著增强效果,其中,环向加筋比纵向加筋效果更为明显,但加筋体厚度影响较小。分析还发现,壳体自身厚度对屈曲特征量的影响最大。

基于颗粒介质胀形的仿生蛋形壳体质量研究

针对仿生蛋形壳体加工技术复杂、变形不均匀、成形精度差等问题,提出采用固体非金属颗粒介质胀形工艺来提高仿生蛋形壳体塑性成形的加工精度和表面质量。运用数值分析软件建立了仿生蛋形壳体颗粒介质胀形工艺的数值分析模型,针对在粒径为Φ1.8~Φ2.0 mm的颗粒作用下仿生蛋形壳体的塑性形变过程和应力分布,分析了起皱失稳原因。基于仿生蛋形壳体颗粒介质胀形试验,获得了不同粒径颗粒作用下的仿生蛋形壳体,通过分析不同粒径颗粒作用下仿生蛋形壳体的褶皱、内表面划痕、外表面形貌和外表面粗糙度,研究了颗粒粒径对仿生蛋形壳体失稳和表面质量的影响规律。结果表明,随着颗粒粒径的减小,仿生蛋形壳体的最终胀形压力增加,失稳现象加剧,且外表面的粗糙度更小,整体表面质量提高。

双蛋型交接耐压壳设计及屈曲研究

文章研究了双蛋型交接耐压壳设计及屈曲行为。首先,优选蛋形函数,设计了双蛋型交接耐压壳结构,并建立了钝端/尖端两种相交形式的258个数值模型,分析了环形加强肋对其屈曲行为的影响规律。最后,提出了变形协调设计理念,研究双蛋壳的非线性屈曲最终破坏形式,并与单个完整蛋形壳体的静水压力试验和数值结果对比分析。结果表明:变形协调理念设计的环肋厚度略大于满足临界屈曲载荷的环肋厚度的临界值,该设计方法较为保守稳妥,且加强后的双蛋壳不会改变完整蛋形壳原有的耐压机制。

预应力壳体结构应力分析及合理设计

南京污水二厂蛋形消化池为大跨、无柱、单层薄壁壳体结构,通过对该结构选择合适的计算模型、符合实际的工况模拟及组合、精细的应力和内力分析计算。结果表明:复杂壳体结构传力路线、应力和内力分布不同于一般结构,其多向拉压应力可通过有效配置预应力钢筋的方向、数量和位置予以控制。经过比较分析,提出了沿环向与子午向配筋的最优合理设计方案。从而,较好的保证了结构的安全性、适用性、耐久性和经济性。

中等厚度蛋形复合材料耐压壳的结构失效研究

针对中等厚度蛋形复合材料耐压壳的结构失效进行了理论与试验研究。分别采用解析法和有限元法计算中等厚度蛋形复合材料耐压壳在2 000 m设计工作水深下的应力分布,并对比研究了壳体的临界屈曲载荷和强度失效载荷。结合现有制备工艺和耐压壳端部的密封要求,设计并制备含金属连接结构的耐压壳试验模型,开展静水外压下的破坏试验,获得模型的极限载荷、破坏形态以及加载过程中的壳体应变。研究结果表明,耐压壳结构在静水压下主要产生强度破坏,而屈曲破坏不明显。数值模拟得到的耐压壳破坏载荷与模型试验结果吻合良好。研究结果可为深潜器蛋形复合材料耐压壳的结构设计优化提供参考。

Cloning and expression patterns of two Smad genes during embryonic development and shell formation of the Pacific oyster Crassostrea gigas

Increasing evidence indicates that transforming growth factor β （TGF-β） signaling pathways play many important roles in the early development of mollusks. However, limited information is known concerning their detailed mechanisms. Here, we describe the identification, cloning and characterization of two Smad genes, the key components of TGF-β signaling pathways, from the Pacific oyster Crassostrea gigas. Sequence analysis of the two genes, designated as cgi-smad1/5/8 and cgi-smad4, revealed conserved functional characteristics. The two genes were widely expressed in embryos and larvae, suggesting multiple roles in the early development of C. gigas. The mRNA of the two genes aggregated in the D quadrant and cgi-smad4 was highly expressed on the dorsal side of the gastrula, indicating that TGF-β signaling pathways may be involved in dorsoventral patterning in C. gigas. Furthermore, high expression levels of the two genes in the shell fields of embryos at different stages suggested important roles for TGF-β signaling pathways in particular phases of shell development, including the formation of the initial shell field and the biomineralization of larval shells. The results of this study provide fundamental support for elucidating how TGF-β signaling pathways participate in the early development of bivalve mollusks, and suggest that further work is warranted to this end.