潜艇耐压液舱壳板强度的计算方法研究

以往在对潜艇耐压液舱进行强度和稳定性计算时,通常将耐压液舱视为等效环肋圆柱壳.虽然液舱壳板是由不同半径和不同厚度的壳板组成,但计算方法是套用了环肋圆柱壳的计算方法,所不同的是引进了相当肋骨概念.而通过分析这种计算方法发现在理论上存在着很多不足之处,由于不同半径壳板的曲率变化,使得壳板中产生了很大的周向弯曲应力,因而套用环肋圆柱壳的计算方法忽略周向弯曲应力就偏于危险.鉴于此,将耐压液舱近似看作为一扁度较小的椭圆柱壳,采用椭圆形耐压指挥室的强度计算方法、相当半径方法和复变函数方法分别进行计算.实例计算结果表明:对于相同的椭圆柱壳,采用椭圆形耐压指挥室的强度计算方法比相当半径方法和复变函数方法计算更准确;在扁度较小的情况下,与环肋圆柱壳方法相比,采用椭圆形耐压指挥室的强度计算方法得到的计算结果更符合实际情况.     

多层不等厚组合圆柱壳屈曲数值模拟分析

针对大型立式组合圆柱壳结构的几何特征,采用数值模拟方法分析了多层不等厚特征因素对圆柱壳屈曲临界载荷的影响.提出多层不等厚可看成是圆柱壳壳壁上的几何缺陷,在一定程度上会减弱经典圆柱壳的屈曲临界应力水平.建立数个多层不等厚组合圆柱壳的屈曲分析有限元（FEA）模型,初步分析了不同载荷工况下多层组合圆柱壳的屈曲行为,得到相应的屈曲失稳临界载荷,验证了环向应力对组合圆柱壳屈曲的影响规律.结果表明,多层不等厚特征因素可明显降低经典圆柱壳的屈曲临界载荷,其中层数和相邻圆柱壳壁厚差值对屈曲临界载荷的影响最大.     

不同纵横均匀外压作用下环肋圆柱壳稳定性分析

环肋圆柱壳结构因其具有的诸多优点,而被广泛应用于工程实际,但随着钢材屈服极限的不断提高,其稳定性问题越来越成为保证结构强度的一个重要指标,因此有必要对其结构的稳定性进行详细的分析.在对受各向均匀外压和单向均匀外压作用下环肋圆柱壳稳定特性的了解、认识和重新分析的基础上,研究了不同纵横均匀外压作用下环肋圆柱壳的稳定特性,得出了不同纵横均匀外压作用下环肋圆柱壳的稳定特性的规律,并在理论分析的基础上绘制了不同纵横均匀外压作用下的环肋圆柱壳随几何参数变化的稳定性曲线,由稳定性曲线给出了能使材料充分得到利用的环肋圆柱壳几何参数的范围.所得到的一些结论不仅能进一步完善环肋圆柱壳的稳定性理论,而且对实际工程设计及计算具有指导意义.     

弹性地基中变厚度圆柱壳的轴对称弯曲

圆柱壳是工程中常用的一种壳体结构(构件),但对于弹性地基中变厚度圆柱壳的研究却较少.在等截面圆柱壳初参数解的基础上,利用阶梯折算法和传递矩阵法,研究了弹性地基中沿轴向任意变厚度圆柱壳的轴对称弯曲问题,所得公式具有简捷、统一的特点,适合计算机编程.文末给出了算例.结果表明利用传递矩阵法分析变厚度圆柱壳是非常有效的.对沿轴向任意变厚度圆柱壳,可得到满意的计算结果;对阶梯型圆柱壳,可得到准确计算结果.这种分析方法还可以进一步推广到环向加肋的圆柱壳和变基床系数的弹性地基中圆柱壳的轴对称弯曲分析.     

基于强度稳定综合理论的深海潜器耐压圆柱壳极限强度的解算

通过对弹性基础梁复杂弯曲综合因子N的研究,得以应用强度稳定综合理论的解析法对弹性基础梁复杂弯曲的稳定性进行计算.由于圆柱壳轴对称失效变形的微分方程可化为复杂弯曲的弹性基础梁的微分方程,于是圆柱壳和加肋圆柱壳壳板失稳的临界应力公式也可以由此方法得出.最后通过与高强钢的加肋圆柱壳的实验结果和已有工作比较,证明了强度稳定综合理论方法在圆柱壳结构壳板稳定性计算上的适用性.     

层合圆柱壳轴向撞击失效行为的试验研究

主要针对缠绕成型的玻璃纤维增强环氧和聚酯树脂圆柱壳的轴向撞击失效行为进行了研究 .通过试验研究了不同铺设方式的复合材料圆柱壳在轴压载荷下的渐进破坏模式、载荷变化特征、能量吸收机理 ,能量吸收能力以及轴向压缩行为的影响因素 .研究表明圆柱壳的渐进压缩过程可提供平稳的制动力 ,有良好的缓冲性能和能量吸收能力 ;[±θ]5玻璃纤维 /环氧圆柱壳的能量吸收能力 ,随纤维角度的增大有所增加 ;撞击载荷下圆柱壳的压缩过程、破坏模式与准静态加载基本相同 ,当圆柱壳的纤维缠绕角度 θ>4 5°时试件的能量吸收能力较静态有较大提高     

有初始缺陷的FGM圆柱壳的非线性动力学分析

研究了有初始几何缺陷的FGM圆柱壳在面内载荷与横向载荷共同作用下的非线性动力学行为。材料组分的体积分数沿厚度方向呈幂律分布。基于Reddy的三阶剪切变形理论,运用Hamilton原理,推导出了FGM圆柱壳振动的非线性偏微分方程;利用Galerkin法离散控制方程,将偏微分方程离转化为常微分方程。为了准确地描述圆柱壳的非线性动力学行为,考虑到了对称模态。通过Runge-Kutta法进行数值仿真,研究了系统的非线性动态响应,并得到了分岔图、最大Lyapunov指数、相图和时间历程图。通过对比有2种不同类型缺陷的数值结果分析了缺陷类型和面内载荷对系统非线性动态响应的影响。     

基于改进傅里叶级数方法的旋转功能梯度圆柱壳振动特性分析

通过在功能梯度圆柱壳结构两端引入轴向、环向、径向和径向旋转四组约束弹簧刚度,统一考虑了的弹性约束边界条件,将功能梯度材料特性表示成沿壳体厚度方向的连续性变化,根据Love薄壳理论,采用改进傅里叶级数方法和Rayleigh-Ritz法相结合,推导得到旋转功能梯度圆柱壳自由振动的频率计算方程。通过计算分析,模拟了任意边界条件,研究了弹性边界约束对旋转功能梯度圆柱壳结构自由振动频率的影响。结果表明:边界约束刚度对于功能梯度圆柱壳结构固有频率敏感影响区域不同,径向弹性约束对频率影响较明显,环向弹性约束其次,轴向弹性约束对频率影响较小,而径向旋转弹性约束对频率几乎无影响。     

含损伤复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲

为分析损伤对复合材料圆柱壳结构动力性能的影响,该文以一阶剪切变形理论为基础,由Hamilton原理推导出包含横向剪切变形以及初始几何缺陷的圆柱壳的非线性动力方程.复合材料圆柱壳上的初始几何变形以初始几何缺陷的方式描述并引入方程,针对基体破坏子层进行刚度折减,并求得脱层损伤区域的等效刚度矩阵.采用半解析法求解方程,并根据求得的位移响应情况,由B-R准则判定屈曲,确定屈曲临界载荷;分析初始几何变形、伴随脱层及子层基体破坏等损伤形式对复合材料圆柱壳非线性动力响应及屈曲的综合影响.     

含口盖复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析

对完整复合材料圆柱壳进行了轴向压缩破坏试验,得到了圆柱壳的载荷-应变曲线和破坏载荷,试验结果表明:在轴压载荷作用下,圆柱壳的破坏形式为屈曲破坏。结合ANSYS有限元软件对复合材料圆柱壳进行屈曲分析,有限元计算结果与试验结果一致,验证了模型和计算方法的有效性。利用所建立的模型,对圆柱壳的铺层顺序进行改进设计,分析了铺层角度对开口圆柱壳屈曲载荷的影响。在开口处加装复合材料口盖进行补强,计算了不同口盖铺层方式下的柱壳屈曲强度。计算结果表明:优化复合材料叠层顺序可提升结构的屈曲载荷,开口后圆柱壳的轴向屈曲载荷大幅降低,加装口盖可使开口圆柱壳的轴向稳定性得到有效的增强。提出了一种提高含口盖的复合材料圆柱壳轴向屈曲强度的改进设计方法,为复合材料壳体的稳定性设计提供参考。     

功能梯度圆柱壳弹性临界载荷预测

针对功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷预测问题,本文提出了一种预报弹性临界载荷的半解析方法。利用薄壳理论建立了壳体耦合振动方程,运用抛物线法求解得到了充液功能梯度圆柱壳的固有频率,通过固有频率平方和内压的线性关系利用插值方法得到功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷。通过与已有结果对比,验证了本文方法的正确性。计算了氮化硅-不锈钢功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷、边界条件和结构参数等变化对功能梯度圆柱壳弹性临界载荷的影响。本文提出的基于内压条件下的固有频率来预报功能梯度圆柱壳弹性临界载荷的方法,相比于外压条件下的试验和仿真方法,方法简单,更易于实现。     

梯度功能材料轴承的热弹性分析

针对梯度功能材料圆柱壳的轴对称热弹性响应和球壳的球对称热弹性响应提出了简单而精确的解。类似于复合材料层合结构的研究，将梯度功能材料圆柱壳或球壳沿厚度分为若干层，各层视为均匀材料，从而导出温度解、位移解和应力解。只要层数足够大，其解将收敛于精确解。算例检验了解的收敛性，讨论了分层数的选取以及材料和结构参数对热弹性响应的影响。所述方法对非均匀材料结构的分析具有借鉴作用。     

随动强化材料薄壳结构的双稳态力学分析

选取各向同性材料作为研究对象,并假定该材料为弹-幂次随动强化材料.采用增量理论并编制迭代程序计算得到柱壳变形过程中的应力分布及应变能,当柱壳应力达到平衡时应变能有极小值.通过分析得到了柱壳的两个应变能极小值,故而柱壳存在两个稳定状态.试验结果进一步证实了柱壳为双稳态结构.     

应力参数对圆柱壳声辐射影响的初探

对加筋圆柱壳由于肋骨数目改变所引起的结构应力参数变化对辐射噪声的影响进行了探索．运用Ansys软件建立不同结构参数的加筋圆柱壳有限元模型，计算了模型在激振力作用下的耦合振动响应，提取结构表面的位移，在Sysnoise软件中计算各种声学物理量．得到了各工况下模型在水下受激振动时的结构表面速度、水中辐射声压和辐射声功率等分布规律．找出了肋骨数目改变引起的结构应力参数与加筋圆柱壳振动和结构声辐射之间的关系，对舱段结构振动与噪声的控制有重要的参考意义．     

分布轴对称缺陷对薄壁圆柱壳屈曲可靠性影响

为了分析分布轴对称缺陷参量对薄壁圆柱壳屈曲可靠性的影响,根据Budiansky临界解答,建立了具有初始分布轴对称缺陷薄壁圆柱壳体的等效安全余量.利用改进一次二阶矩方法,研究了分布轴对称初始缺陷对薄壁圆柱壳体屈曲安全问题,以可靠度的概念分析了结构屈曲敏感度的问题,分析了基于结构可靠度的薄壁结构屈曲强度评定方法,提出了基于结构可靠度的缺陷敏感度的分析方法,通过结构可靠度指标的变化能够间接地反映结构对缺陷的敏感性.研究表明,基于结构可靠度的不完整薄壁圆柱壳屈曲安全评定方法是可行的,提出的等效安全余量的方法,为复杂安全余量建立和简化结构安全评定提供了参考.     

横向卷曲切屑宽度的理论预测

通过切削试验发现，切屑宽度直接影响切屑横向卷曲半径，进而影响切屑折断性．因此，基于切削刃弦理论，推导出了切屑宽度的理论计算公式，并通过试验验证了其正确性，从而为切屑横向卷曲半径及切屑折断性的预测奠定了基础．     

横向卷曲切屑宽度的理论预测

通过切削试验发现，切屑宽度直接影响切屑横向卷曲半径，进而影响切屑折断性．因此，基于切削刃弦理论，推导出了切屑宽度的理论计算公式，并通过试验验证了其正确性，从而为切屑横向卷曲半径及切屑折断性的预测奠定了基础．     

结构参数变化对双层圆柱壳冲击响应的影响

为了研究潜艇结构在水下爆炸作用下的响应特点和潜艇结构参数变化对其冲击响应的影响,该文在大型有限元计算软件ANSYS/LS-DYNA环境中仿照潜艇结构设计了一个双层圆柱壳体,并对其在相同冲击因子、不同结构参数下的冲击环境进行仿真.以冲击加速度为主要数据,分析了改变内壳板厚、外壳板厚、肋骨尺寸、肋骨间距等结构参数对冲击响应的影响.通过引入各种无量纲化结构参数,得到了双层圆柱壳结构有利于抗冲击的结构参数取值范围,对潜艇抗冲击设计有参考价值.     

土工格栅设置对垫层刚度影响的试验研究

为探讨土工格栅对碎石垫层刚度的影响规律,设计了9种不同工况的垫层,分别进行了模型静载试验,分析了垫层厚度、有无土工格栅、土工格栅层数及铺设位置等因素对碎石垫层及加筋碎石垫层变形的影响。结果表明:垫层厚度的减小能有效地降低地基沉降;在一定荷载范围内,有土工格栅碎石垫层的承载性能要优于无土工格栅碎石垫层;在相同荷载作用下,当垫层厚度相同时,土工格栅层数和铺设位置不同,其碎石垫层的刚度也不同,且存在一个最佳的铺设层数及铺设位置,土工格栅的最佳层数及铺设位置有待进一步研究。     

有随机初始缺陷的轴压圆柱薄壳的动力稳定性分析

基于非线性大挠度壳体理论对有初始几何缺陷的轴压圆柱壳导出了Ｄｏｎｎｅｌｌ型偏微分方程；应用Ｒｉｔｚ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ法和动力屈曲准则对圆柱薄壳进行了动力稳定性分析．进一步，为了探索把缺陷敏感理论结合到工程实际中去的途径，应用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法对带有随机初始几何缺陷的轴压圆柱薄壳的动力稳定性进行了可靠性分析．