带有损伤凹陷的环肋圆柱壳应力和稳定性分析

为探寻局部受损伤潜艇结构的承载能力,以出现较大损伤变形的环肋圆柱壳舱段结构为研究对象,"涡形凹陷"作为损伤变形的典型形状,运用MSC/NASTRAN软件计算了这种结构在静水外压作用下的应力分布和失稳临界压力。结果表明:带有损伤凹陷的环肋圆柱壳与完好状态环肋圆柱壳相比,最大应力值提高,失稳临界压力值下降,应力的改变对环肋圆柱壳承载能力的影响更大;相同凹陷幅度下,损伤凹陷中心在肋骨位置时,对圆柱壳应力状态和稳定性的影响最为恶劣。肋骨分别采用梁单元或壳单元两种建模方式时,得出的应力和失稳临界压力变化规律一致,采用梁单元建模得出的肋骨应力偏安全。     

圆柱壳振动声辐射Jacobi-Ritz时域半解析法及特性分析

针对圆柱壳结构瞬态声振特性分析研究不足,结合Newmark-β积分法和Kirchhoff时域边界积分方程,提出一种圆柱壳受迫振动声辐射Jacobi-Ritz时域半解析法。基于一阶剪切变形理论和微元法思想,建立了圆柱壳振动声辐射分析模型,采取Jacobi多项式和Fourier级数表示轴向和周向位移容许函数,基于Rayleigh-Ritz法和Newmark-β积分法计算圆柱壳的受迫振动时域响应,在此基础上,基于Kirchhoff积分方程求解辐射噪声时域响应,分析圆柱壳受迫振动声辐射特性。与有限元方法/边界元方法数值结果对比表明,该方法具备收敛性好、精度高等优点,圆柱壳结构声振响应峰值随边界条件的刚度变弱存在左移现象,振动声辐射响应随厚度的增加呈现下降趋势;当随机载荷峰值频率与结构固有频率接近时,结构声振响应出现强特征线谱。     

面内载荷下复合材料帽型加筋板结构稳定性分析

为探究复合材料帽型加筋板结构稳定性问题,首先根据层合板理论和等效刚度法,通过分析边界条件得出复合材料帽型加筋板在面内压载作用下局部失稳的特征方程;然后,引入算例进行了数值计算,定量分析了结构参数变化对帽型加筋板临界载荷和屈曲模态的影响规律;最后,结合算例进行了相应的试验分析,试验结果和计算结果吻合较好。分析表明：帽型加筋板在面内压载作用下优先发生局部失稳,通过合理设计帽型筋条可有效避免结构整体失效。该研究结果对工程结构设计应用具有一定的理论参考价值。     

圆柱壳在轴向压力作用下的稳定性和振动特性

利用Hamilton原理得出轴向压力作用下圆柱壳位移增量的动力学方程,推导了方程的解析解。通过数值计算,分析了轴向压力作用下圆柱壳的临界屈曲压力随壳体长度变化的曲线,讨论了壳体几何参数(L,h)变化和轴向力幅值变化对振动频率影响的变化曲线。数值计算结果表明,圆柱壳的临界屈曲压力与失稳模态紧密相关;圆柱壳的自振频率随壳体的长度增加而下降,随壳体的厚度增加而提高;圆柱壳的自振频率和最低频率随轴向压力的增大而下降。     

舱壁振动对环肋圆柱壳舱段振声性能的影响

舱壁振动会传递到相连壳体部分,进而影响圆柱壳舱段振动和声辐射。为明确舱壁振动对环肋圆柱壳振声性能的影响,利用FEM/BEM法从舱壁边界条件和结构参数变化两个方面进行了数值计算,分别讨论了舱壁约束条件、舱段截取尺寸、舱壁封板形状、舱壁厚度及加强筋形式变化的影响规律。结果表明:研究有限长环肋圆柱壳振声性能时,两端边界简支边界是可取的;舱段截取对计算结果有较大的影响;改变舱壁形状对壳体振动均方速度级峰值影响较大;增加舱壁厚度和舱壁加筋对圆柱壳振声性能的影响要分频段考虑,总体来说对改善舱段振声性能有利。     

夹芯复合材料圆柱壳在静水压力下的承载能力试验

为研究极限复合材料圆柱壳在静水压力下的损伤现象和机理,首先基于钢制耐压壳比重大以及声学和磁学性能差的缺点,提出了使用夹芯复合材料圆柱壳作为潜水器耐压壳的新型结构形式;然后,采用试验研究,比较了两种模量芯材的夹芯复合材料圆柱壳结构在静水压力下的承载能力;最后,根据两种壳体的特点,设计了两种不同的试验方案进行试验,得到了壳体的失效载荷,并通过应变片测定了壳体复合材料表层上相应测点在试验过程中的应变数据。得到以下结果:HW-S01壳体受到屈曲效应的破坏,而HW-055壳体由于局部复合材料应力过载而失效;HW-S01壳体的试验失效荷载为1.34 MPa,HW-055壳体的失效载荷为11.2 MPa。试验结果表明:该夹芯复合材料圆柱壳有能力承受超过1 000 m水深的静水压力,可以对大潜深潜水器全复合材料耐压壳的设计研究提供参考。     

深水环境下潜艇舯部结构撞击强度数值分析

潜艇结构水下碰撞是潜艇的主要事故形式,也是船舶碰撞最为危险的状态之一。文中首先提出潜艇碰撞问题,对碰撞特征进行分析,然后针对某型潜艇舯部典型结构的撞击极限强度特性进行数值计算,结果显示,由于准静压载荷的附连耦合作用,随着静水压力的增加,潜艇舯部耐压壳体结构的防撞能力将大幅下降,而耐压壳体内部平台和舱壁结构将有效提高壳体结构的横向失稳临界应力,改善潜艇结构的径向耐撞能力。     

纵桁对环肋圆柱壳体水下振动与声辐射的影响

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,对具有不同数量纵桁的加筋环肋圆柱壳水下振动与声辐射噪声进行了数值计算,并对数值计算结果进行了初步的比较和分析,讨论了纵桁的数量对圆柱壳水下振动与声辐射的影响.结果表明:纵桁对圆柱壳水下的减振降噪有较好的效果,并且纵桁的数量越多,减振降噪效果越好,但增加纵桁的数量也相应增加了艇体的重量,在潜艇结构设计时须在降噪及艇体重量间综合权衡.     

潜艇耐压环肋圆柱壳结构可靠性分析

对潜艇耐压圆柱壳结构进行可靠性分析时,首先应研究结构的承载能力,并综合要求、能力两个方面,计算其失效概率和可靠度。在能力方面,本文讨论了５种主要失效模式：肋骨和壳板总体失稳、肋间壳失稳、肋骨屈服、肋间壳屈服和肋骨侧向失稳。考虑了初挠度、屈服应力、弹性模量等７个基本随机变量的影响。在要求方面,结构载荷以确定值处理。本文计算分析了３种艇型耐压圆柱壳结构的可靠性。     

复合材料夹芯圆柱壳自由振动研究

为探究某复合材料夹芯圆柱壳的振动特性,采用单点拾振法进行模态试验,并基于有限元方法对该圆柱壳进行了固有频率计算。将实验和仿真对比,发现有限元计算固有频率和实验最大误差为10.65%,模态振型大体一致,振幅曲线吻合较好。基于有限元法研究了长度、半径以及芯材表层厚度分布对该圆柱壳基频的影响,结果表明:长度和半径的增加均导致基频的降低,但长度的变化对基频的影响更显著;圆柱壳基频状态时的振型与几何参数有关,即半径增加,环向波数增多;长度增加,环向波数减少。采用二阶实体单元对芯材进行离散,内外表层相对中面线位移具有对称性,芯材因其自身的弹性处于压缩状态,说明有限元法能有效模拟内外表层横向位移运动情况。     

肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下声振特性的影响

采用结构有限元耦合流体边界元方法对不同肋骨、舱壁布置形式的圆柱壳的流固耦合响应进行了计算。通过波数谱方法,结合柱壳规则波的声辐射效率,对不同波数成分结构波的振动与声辐射进行了量化。运用等间距与不等间距结构振动理论揭示了肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下振动与声辐射特性产生影响的机理。研究发现:结构不等间距布置的圆柱壳水下振动特性整体上较优,但受壳体周向振动模式影响较大;结构不等间距布置的圆柱壳声辐射特性并不一定优于结构等间距布置的圆柱壳声辐射特性。     

装备外壳结构周期设计及其振动特性

将声子晶体能带理论应用于装备外壳结构设计,把装备外壳圆柱壳段设计成周期结构。基于多子结构的双协调自由界面模态综合法,计算并对比了周期圆柱壳与非周期圆柱壳对弯曲振动的衰减特性。结果表明,周期圆柱壳中有弯曲振动强衰减带隙存在,而非周期结构中则没有带隙存在。进一步研究了轴向周期复合夹层材料圆柱壳的弯曲振动特性。同样,该周期复合夹层结构中依然有弯曲振动带隙存在,且在带隙频率范围内弯曲振动传播将受到明显的抑制。最后,考虑实际装备外壳形状,研究了含周期结构圆柱段的复杂装备外壳振动特性。研究表明,经过局部周期设计的复杂装备外壳保持了带隙特性,这说明了将能带理论应用于工程实际装备外壳的振动控制具有可行性。     

不同锥-柱连接结构舱段力学特性对肋骨初挠度敏感度研究

为给不同锥-柱连接结构加工时的偏差控制提供参考,根据类圆柱壳结构肋骨初挠度测量经验,建立了数学模型描述单根肋骨初挠度沿周向的形态变化,并将其施加到有限元模型中;分析了锥-柱结合壳、厚板削斜过渡环以及锥-环-柱结合壳应力、舱段弹性失稳压力以及极限载荷对肋骨初挠度敏感度的差异。得到结论如下:锥-环-柱结合壳较锥-柱结合壳及厚板削斜过渡环,其内表面纵向应力抵抗肋骨初挠度不利影响的安全裕度更大;含锥-环-柱结合壳或厚板削斜过渡环的舱段弹性失稳压力对肋骨初挠度的敏感度相当;肋骨初挠度控制在规范允许上限值的3倍以内时,含不同凸型锥-柱连接结构舱段的极限载荷对肋骨初挠度均不敏感。     

基于ANSYS的油罐拱顶与罐壁关联性分析

针对油罐拱顶与罐壁上部容易出现失稳变形的实际问题,基于ANSYS建立了油罐有限元模型,对油罐结构稳定性进行数值模拟,探讨加载关联性和结构关联性对均匀外压作用下油罐稳定性的影响。结果表明:分析油罐结构稳定性时,对于给定尺寸的油罐,失稳发生在结构较薄弱部位;拱顶和罐壁可独立加载求解临界载荷,取较小值作为油罐的临界载荷;油罐的失稳分析要考虑拱顶与罐壁间相互作用对总体临界载荷的影响。研究结果可为基于有限元法的油罐稳定性设计和分析提供一定参考。     

不同结构形式内置式耐压液舱稳定性分析

为研究内置式耐压液舱稳定性特征,针对内置式环形和平板两种不同的液舱结构形式,在载荷1液舱与外界不连通、载荷2液舱与外界连通两种载荷工况下,通过改变液舱舷间距对液舱结构的稳定性进行了分析比较。结果表明:对于内置式平板耐压液舱,载荷2工况下的液舱顶部耐压壳、底部耐压壳、肋板端部整体的失稳压力临界值均高于载荷1工况;对于内置式环形耐压液舱,载荷1工况下的液舱底部耐压壳的失稳压力值低于载荷2工况,舷间距越大对结构的稳定性越有利;两种载荷作用下,液舱顶部耐压壳的失稳临界压力值远低于液舱底部耐压壳;内置式环形耐压液舱除顶部耐压壳、非液舱壳板外,其他参数的失稳临界压力值均高于内置式平板耐压液舱;随着舷间距的增加,两种结果的失稳临界压力值均有所增加。     

关于圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下二次加载现象的数值模拟研究

运用大型商业有限元程序MSC.DYTRAN数值模拟了水下爆炸冲击波载荷作用下自由环肋圆柱壳的非线性动态响应.采用一般耦合算法(generalcoupling)模拟流体与结构的耦合效应,计算中考虑了材料的应变率强化效应,几何非线性的影响,分析了空穴现象的产生和二次加载对结构响应的影响.仿真结果表明,相同工况和厚度下的无限自由平板和自由环肋圆柱壳,后者的空化时间比前者长,而壳体运动的最大速度后者比前者低.     

双层柱壳的流固耦合模态计算与试验研究

采用结构有限元和内域流体有限元的流固耦合计算方法,对球壳及其内域流体进行有限元离散计算,并将计算所得的模态振动频率与理论结果进行了比较.采用同样的方法,进一步对加筋双层圆柱壳进行了流固耦合的复特征值分析,并求解了其固有频率和振型.试验分别对双层柱壳充水和不充水情况下模态和模态频率进行了测量,结果证实了数值计算方法的正确性.     

壳间声桥刚度对双层圆柱壳声振耦合特性的影响

考虑实肋板的面内振动,建立了通过声桥耦合的双层圆柱壳声振模型,计算了双层圆柱壳在不同壳间连接刚度下的振声性能,分析了壳间声桥刚度对双层壳声振耦合特性的影响,得出了声桥耦合特性的主要控制频带.结果表明:壳间声桥刚度直接影响双层壳耦合方式;当实肋板刚度较大时,在低频,水层的耦合作用表现略强,在较高的频率范围,实肋板的耦合作用要大得多;当实肋板刚度较小,尤其是接近壳间流体的等效刚度时,壳间流体耦合作用较强,是主要的声传递通道,壳体辐射声功率较小,对减振降噪有利.在保证壳体刚度的情况下,尽量减小壳间连接刚度可有效降低壳体辐射噪声.     

带肋园柱壳壳板局部减薄后的稳定性计算

本文是研究潜艇耐压船体壳板局部腐蚀对稳定的影响。潜艇耐压壳板腐蚀对稳定性的影响,过去一些资料中都把它作为均匀减薄来处理,因而耐压船体壳板稍有腐蚀,就使艇的极限下潜深度显著降低,例如某艇壳板腐蚀1mm,使艇的极限下潜深度下降10％。由于实际潜艇壳板腐蚀总是局部的,因而按均匀腐蚀来处理是比较保守的。为了合理的确定壳板局部腐蚀后的承载能力,对带肋圆柱壳壳板局部腐蚀后的稳定性进行了理论分析,并作了六个小比例精车模型试验,在此基础上提出了壳板局部腐蚀后的稳定性计算方法。本课题在模型试验中得到了华中工     

静水压力交变对高强度船体钢腐蚀行为的影响

采用管形薄壁试样模拟密封结构,通过管形试样的应力状态计算、管形试样和相同尺寸实心圆柱试样的对比腐蚀实验,研究了静水压力交替变化对高强度船体钢在质量百分数为3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的影响。结果表明:静水压力交替变化引起的溶液中溶解氧变化影响了高压时的电化学过程以及金属表面形成的腐蚀产物,可降低恢复到常压后的金属的腐蚀速度;静水压力交替变化引起了管形薄壁试样表面的应力、应变变化,高压时试样表面的应力增大可明显促进金属的腐蚀,另外,应力、应变的交替变化改变了金属/腐蚀产物的界面性能,显著促进了金属在常压时的腐蚀。在4 MPa静水压力下,管形试样管壁表面产生30.5～34.5MPa的压应力,静水压力交替变化可使金属腐蚀速度增大20%以上。