Effect prediction of stiffened-ring cylindrical shells subjected to drop mass impact

This study focuses on the effect of lateral mass impact on ring-stiffened thin-walled cylindrical shell.Cylindrical shells were fabricated to validate the numerical modeling and analytical techniques,and drop tests were performed using a rigid spherical indenter.Next,stiffened-ring cylindrical shells with various structural size parameters were simulated using ABAQUS software.The relationships between the impact force,deformation displacement,and rebound velocity were established,on the basis of impact mechanics theory and simulation results.It derived fitting functions to analyse the relationship between the maximum load and maximum displacement of ring-stiffened cylindrical shell under dynamic mass impact.Based on the validation of the simulation model,the fitting function data were compared with the simulation results,and the functions showed a good accuracy.Besides,the parameters,mass ratio and stiffened-ring mass ratio were used to reflect the effect of the mass change in the ring-stiffened cylindrical shell.Furthermore,parametric studies on ring-stiffened cylindrical shell models were conducted to analyse the progressive impact responses.

ANALYSIS OF SOUND RADIATION FROM THE RING-STIFFENED CYLINDRICAL SHELL COATED WITH VISCOELASTIC LAYER IN FLUID MEDIUM

The Donnell theory of shell is applied to describe shell motion and layer motion is described by means of three-dimensional Navier equations.Using deformation harmonious condi- tions of the interface,the effects of stiffeners and layer are treated as reverse forces and moments acting on the cylindrical shell.In studying the acoustic field produced by vibration of the sub- merged ring-stiffened cylindrical coated shell,the structure dynamic equation,Helmholtz equation in the fluid field and the continuous conditions of the fluid-structure interface compose the cou- pling vibration equation of the sound-fluid-structure.The extract of sound pressure comes down to the extract of coupling vibration equation.By use of the solution of the equation,the influ- ences of hydrostatic pressure,physical characters and geometric parameters of the layer on sound radiation are discussed.

Experimental and Numerical Investigations of the Dynamic Response of Ring-Stiffened Cylinder Subjected to Underwater Explosion

Experimental and numerical investigations were carried out on the free-free end ring-stiffened cylinder subjected to underwater explosion loading. Numerical analysis was carried out by using the MSC.DYTRAN finite element code and the results were compared with experiment results. General coupling was used to simulate the interaction between fluid and structure. The strain rate effect, geometric nonlinearity and initial abnormity in shape were considered. The effective plastic stress and the strain of shell between ribs on different locations were compared and damage mechanism were analyzed..

DYNAMIC BUCKLING OF STATICALLY PRELOADED RING-STIFFENED CYLINDRICAL SHELLS UNDER AXIAL FLUID-SOLID IMPACT LOADING

The Initial Imperfection Amplified Criterion is applied toinvestigate the geometric nonlinear dynamic buckling of staticallypreloaded ring-stiffened cylindrical shells under axial fluid-solidimpact. Tak- ing account of the effects of large deformation andinitial geometric imperfection, the governing equations are obtainedby the Galerkin method and solved by the Runge-Kutta method. Theeffects of static preloading (uniform external radial pressure) onthe buckling features and the load-carrying ability of ring-stiffenedcy- lindrical shells against axial impact are discussed.

ANALYTICAL SOLUTION OF RADIATED SOUND PRESSURE OF RING－STIFFENED CYLINDRICAL SHELLS IN FLUID MEDIUM

In this paper, analytical formularions of radiated sound pressure of ring-stiffenedcylindrical shells in fluid medium are derived by means of Hamilton's principleHuygens principle and Green function . These formulations Can be used to compute the sound pressure of the shell's surface nearfield and farfield.

深海无人系统大长径比环肋圆柱壳结构设计与试验研究

环肋圆柱壳是深海无人系统广泛采用的一种耐压结构形式,保障其结构安全是系统研制过程中非常重要的一环。针对环肋圆柱壳的结构特征推导了组合结构重量关系式和结构参数简化估算方法,并以一种超长型深海无人系统耐压结构为例,围绕大长径比环肋圆柱壳的结构形式、设计计算、仿真分析、模型验证等开展研究。研究表明提出的大长径比环肋圆柱壳结构设计参数简化估算方法具有较好的适应性。相关计算和分析结果可以为该型深海无人系统结构设计提供技术支撑,也可以为其他类似耐压结构设计提供参考。

基于ALE方法的加筋圆柱壳水下接触爆炸计算研究

随着水下制导技术的发展,接触爆炸对水下结构的毁伤问题越加受到关注。为研究加筋圆柱壳结构水下接触爆炸毁伤特性,采用LS-DYNA软件的任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法模拟爆炸冲击波的形成、传播及其对圆柱壳结构的毁伤过程,探讨水下接触爆炸作用下单、双层加筋圆柱壳的毁伤响应特性,并分析不同药量和爆距条件下加筋圆柱壳的破坏模式。研究结果表明:在不同药量和爆距的水下接触爆炸条件下,加筋圆柱壳呈现多种破坏模式,加筋和加肋位置处易出现撕裂状破口,板壳结构的破坏主要表现为凹陷变形及沿着加筋位置处扩展的裂纹,其中爆距对破坏模式的影响更明显。本文结果可为水下接触爆炸冲击波作用下水下航行体结构强度分析和防护设计提供参考。

基于塑性弦线法的深水爆炸下加筋锥柱壳变形模型

为探究凸型加筋锥柱壳在静水压与深水爆炸载荷联合作用下的动态响应,在塑性弦线模型基础上考虑静水压载荷、锥角因素,将问题简化为求解拥有初边界值的波动方程,利用特征值展开将肋间板壳径向位移表示为无穷级数的形式,并对每个特征值计算相应的卸载时间,以此显示冲击波载荷的衰减特性。使用有限元程序Abaqus对半锥角为20°的凸型加筋锥柱壳开展最大深度500 m、最大冲击因子0.79 kg 0.5/m的水下爆炸数值模拟研究,对邻近结合处的柱段、锥段肋间板壳的理论模型计算结果进行验证对比和讨论。研究结果表明:与不计静水压相比,静水压使得肋间板壳刚度减小——最大位移出现时刻延滞,最终径向位移随水深而增大;在不同冲击因子下,理论模型与数值模拟最终径向位移误差最大为21.7%(锥段),最小为2.0%(柱段);由于锥角的存在,肋间板壳位移不再关于中心点对称分布,中心点最终位移较柱段减小40%以上。

环肋布局对钛合金圆柱耐压壳内爆过程的影响研究

环肋圆柱壳是深潜器耐压结构的主要形式,但由于极限承载能力和振动特性的需求,存在不同的环肋布局形式。为探究环肋布局对钛合金圆柱耐压壳内爆的影响,基于任意拉格朗日欧拉方法开展数值研究。首先对比试验结果验证液-固-气三相流固耦合数值模型的准确性。然后分析3种环肋布局下圆柱耐压壳水下内爆过程中的结构动态响应、冲击波传播以及能量演化等特征。结果表明,环肋均布时,内爆中心由筒体中部向一端移动。而中部和端部加强时,内爆中心由环肋稀疏位置向密集位置移动,结构动能均存在显著的二次波峰现象。此外,中部加强能有效降低最大冲击波峰值。通过对环肋圆柱壳内爆响应特性的分析,对深海耐压结构的设计具有重要的工程意义。

钛合金环肋结构焊接应力变形与承载能力仿真分析

环肋圆柱壳结构抗压能力强,组焊过程方便。但焊接通常带有残余应力与变形,对该类结构的承载能力造成不利影响。本文采用有限元仿真方法,对钛合金环肋圆柱壳结构进行了纵缝焊接—环缝焊接—肋骨焊接—外压承载的全流程模拟。研究发现,焊接完成后焊后等效米塞斯应力接近材料屈服强度,对于大型结构而言,总变形相对较小,最大为17.23 mm。在承载压力从0加载到20 MPa的过程中,结构的变形呈现近似线性变化,结构均能够很好地承受载荷,但随着压力持续增大,应力水平随之升高,结构开始出现非线性的变形趋势。在无焊接缺陷存在的情况下,残余应力的存在对结构的承载影响不显著。研究结果为后续该类型结构的承载水平提供一定的技术参考。

某600 MW机组引风机叶片断裂事故分析

某电厂锅炉引风机增容改造后,在运行中发生叶片断裂事故。为研究叶片疲劳断裂原因,分析当前叶片结构型式,较大的叶片扭转角易产生局部失速,导致薄弱的叶片产生较强振动。进行风机性能和振动试验,当前风机选型偏大,加重了局部失速状况,产生较大的叶片通过频率振动。为进一步研究风机叶片受力情况,对风机叶轮进行了建模,开展了有限元分析计算,当前加强环处为应力集中位置,可为叶片型式改进提供指导。

钢管混凝土加劲环管板节点受力性能研究

为研究钢管混凝土加劲环管板节点在轴向拉力作用下的受力性能,开展了3个节点试件的单调加载试验,分别得到了管板节点加强前后的荷载-位移曲线和破坏模式。试验结果表明:SPR节点在单调荷载作用下主管和加劲环发生局部屈曲,表现为延性破坏;CFT节点在荷载作用下主管壁发生剪切破坏,荷载-位移曲线没有明显的屈服段,表现为脆性破坏;CFTR节点在荷载作用下,连接板处加劲环发生剪切破坏,同时加劲环局部V形屈曲;加劲环能够明显提高管板节点的承载力,同时改善节点的塑性性能;相较于主管外设加劲环,主管内部填充混凝土具有更好的承载力提升效果,节点的刚度变大但塑性性能变差;钢管混凝土加劲环管板节点具有加劲环和混凝土的双重特性,在显著提高节点承载力的同时保障节点塑性性能。在264个有限元模型参数分析的基础上,得到了双加劲环管板节点受拉承载力的计算方法,给出了加劲环厚度和宽度组合的设计建议。基于极限分析的塑性铰线方法,推导出SP节点和SPR节点极限承载力的理论计算模型,计算结果与有限元结果吻合较好。

环形加筋圆柱壳的焊接残余应力及振动特性研究

[目的]旨在评估环形加筋圆柱壳的复杂焊接残余应力及其对结构振动特性的影响等。[方法]首先,采用二氧化碳气保焊实现环形加筋圆柱壳的焊接,使用非破坏性的X(XRD)测量关键区域焊接后以及退火热处理后的焊接纵向残余应力。其次,通过高效的热−弹−塑性有限元计算,分析焊接过程中的温度场和残余应力,并研究移动体热源和固定热源模型对焊接模拟结果的影响。最后,在自由状态下测试环形加筋圆柱壳焊接后以及退火热处理后的结构振动特性,并通过有限元法预测结构振动模态及其固有频率。[结果]基于试验测量、焊接热−弹−塑性以及结构模态有限元计算,得到了环形加筋圆柱壳热处理前后的残余应力和振动特性。[结论]固定热源模型可以高效地预测环形加筋圆柱壳的热力学响应,预测的焊接残余应力与测量结果基本一致;退火热处理工艺可以有效消除焊接残余拉应力,且焊接残余应力对环形加筋圆柱壳的振动特性影响甚微。

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.

加劲环与管壁间焊缝型式对压力钢管结构抗外压稳定分析

压力钢管的加劲环与管壁的焊接形式主要有对接焊缝和角焊缝两种,其中角焊缝因焊接操作难度较低,在实际工程中应用更为广泛,但学者们在对压力钢管进行抗外压稳定模拟计算时,往往简化或直接采用对接焊缝的形式,忽略了角焊缝连接带来的影响,这与工程实际不符,也造成了一定误差。利用ANSYS三维有限元软件,分别模拟了压力钢管与加劲环在使用角焊缝和对接焊缝时的传力机制,对比两种焊缝形式对压力钢管抗外压稳定的影响,同时探究角焊缝的不同焊脚高度对压力钢管结构稳定的影响,以期为工程实际建设时提供一定参考和依据。

基于卧式水压工况的立式缓冲罐加强圈的优化

本文基于对立式缓冲罐的卧式水压工况进行计算模拟,优化了立式缓冲罐的加强圈结构,并确定了水压支座支撑的位置。通过分析支撑截面处的周向应力,总结出了加强圈型式与支座支撑位置的关系,为该类设备水压试验以及多鞍座设备的优化设计开辟了一条全新的思路。

环向加筋夹层圆柱壳体应力计算方法

针对环向加筋夹层圆柱壳体的应力计算问题,本文提出内、外壳板纵向力计算模型,建立了环向加筋夹层圆柱壳体在外压载荷作用下的应力解析计算方法,计算结果与有限元结果吻合较好;以10%误差(解析应力值与有限元值的偏差)为衡准,初步提出该方法的适用条件;同时系统探究了各形状参数对环向加筋夹层圆柱壳体关键位置应力的影响规律。为超大潜深新型耐压结构设计提供理论基础。

大厚度环肋圆柱壳结构应力特性研究

环肋圆柱壳是水下工程产品中广泛采用的一种典型耐压结构。随着工作深度需求越来越深,环肋圆柱壳结构设计逐渐呈现出大厚度的新结构特征。本文以某深海无人系统耐压结构参数为例,采用理论方法和有限元仿真方法进行计算分析,研究不同厚度特征参数(t/R)下的环肋圆柱壳结构应力特性。结果表明,基于薄壳理论的解析计算方法不适用于大厚度环肋圆柱壳结构应力计算,大厚度环肋圆柱壳结构的应力特性与传统圆柱壳结构存在较大差异,在大厚度环肋圆柱壳结构设计时应综合权衡其壳板应力和肋骨应力的特性。

基于幂级数法的环肋圆锥壳振动特性分析

[目的]旨在利用解析法求解环肋圆锥壳的振动方程,对环肋圆锥壳的振动特性进行理论研究。[方法]首先,对圆锥壳分段处理,将圆锥壳沿母线方向、环向和法向的位移分别写成幂级数解的形式,并推导出幂级数项前系数的递推关系式;然后,采用梁模型模拟不同环肋数对圆锥壳振动响应特性的影响;接着,将圆锥壳分段及其环肋边界条件、位移和内力矩阵进行组装求解,得到在外部简谐力激励下圆锥壳的振动响应特性,并将所得结果与ANSYS有限元数值方法的计算结果进行对比,验证所提计算方法的有效性。最后,运用所提理论方法进行环肋圆锥壳的振动特性分析。[结果]结果显示,圆锥壳安装的环肋可明显抑制圆锥壳的振动,具体表现为响应幅值降低、固有频率升高,且在相同频段内共振峰数量减小;增大壳体厚度会引起壳体振动响应幅值降低以及固有频率升高;此外,增大半锥角、轴线长度和环肋数均可降低环肋圆锥壳的振动响应幅值。[结论]研究表明,所用方法对环肋圆锥壳振动的理论研究具有一定意义。

基于遗传算法的环肋圆柱壳结构优化设计

本文对某潜器的环肋圆柱耐压壳结构开展以减重为目标的优化设计,通过使用遗传优化算法,以环肋圆柱壳结构中的肋骨尺寸、肋骨间距及壳体厚度作为优化设计变量,在强度和稳定性满足的约束条件下,得出优化后重量较轻的设计方案,同时结合理论和数值方法校核该方案下强度和稳定性,以验证方案有效性。研究结果表明,优化后理论与数值计算得出强度与稳定性符合规范要求,优化后环肋圆柱壳结构重量得到有效降低,该研究方法可为今后类似结构物优化设计提供参考。