深海无人探测外压容器的优化设计及稳定性分析

利用有限元方法系统分析日本钛制万米深海无人探测容器(Shinkai)的外形及材料优化,计算了弹性与塑性情况容器失稳时的临界应力.结果表明容器加强肋的微小变化以及复合材料铺层方式的改变可使由钛-复合材料(CFRP)组成的三明治式压力容器比全钛合金制压力容器的比强度增加22.5%,容器的破坏主要由塑性失稳控制.     

水下爆炸载荷作用下圆柱壳体危害距离的数值仿真研究

本文采用大型有限元分析软件MSC.DYTRAN对水下爆炸载荷作用下圆柱壳体的危害距离进行数值仿真研究。以壳体失稳为判据,通过计算圆柱壳体的失稳临界应力,反推圆柱壳体受水下爆炸载荷作用时的危害距离,并将计算结果与实验数据进行对比分析。     

正交向异性圆柱壳的弹性稳定性分析

本文基于Ｆｌｕｇｇｅ壳体理论，用解析方法分析了正交各向异性圆柱壳在静水压力作用下的弹性稳定性问题。从壳体的力、力矩平衡方矩平衡方程式出发，推导出正交各向异性圆柱壳在静水压力作用下的位移微分方程式；对于两端膜简支的边界条件，得到了弹性失稳方程，用解广义特征值的方法求得失稳压力。本文还详细讨论了壳体参数Ｌ／Ｒ、ｈ／Ｒ以及弹性模量Ｅ、泊松比ｖ的变化对临床失稳压力的影响。     

小开孔球壳强度分析的解析方法

文章基于回转壳的基本微分方程组,建立了一种受静水压力下小开孔球壳强度分析的解析单元法（AEM）。将AEM与传统回转壳方法、有限元法相比,AEM解决了传统回转壳方法计算小开孔应力误差较大的问题,其计算结果和有限元法较一致。该方法可应用于潜艇内部球面舱壁和深海耐压球壳开孔强度计算之中。     

T形焊接接头残余应力与变形的三维数值模拟

焊接残余应力和变形是个长期困扰船舶行业的难题。本文介绍了预测焊接残余应力和变形的基本数值理论,用MSC.Marc有限元分析软件对T形接头的焊接过程进行了实时三维数值模拟,并对焊接温度场、残余应力分布以及角变形计算结果进行了分析说明。     

船舶和海洋结构物建造中的计算焊接力学进展

针对薄板结构的失稳现象,基于固有变形理论和弹性有限元分析,预测其焊接失稳变形分布、失稳变形模态及对应临界失稳条件;针对海洋平台中厚板的多层多道焊问题,热弹塑性有限元分析需要消耗大量的计算机资源以及计算时间,且计算精度不易确保,这就需要应用更先进的数值分析方法进行研究,若得到焊接残余应力的精确分析结果,则可用于焊接接头和结构的强度、断裂等性能的评估。总结当前轻量化造船中薄板结构的焊接失稳变形,以及海洋平台用大厚板结构多层多道焊的残余应力等计算焊接力学的进展,并归纳了影响焊接接头力学性能的因素。     

二维楔形体人水砰击的数值仿真

利用MSC．Dylran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型，其中，流体域用Euler单元来模拟，结构部分用Langrange单元来模拟，采用一般耦合算法，同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算，发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小，而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明，不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

二维楔形体入水砰击的数值仿真

利用MSC.Dytran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,其中,流体域用Euler单元来模拟,结构部分用Langrange单元来模拟,采用一般耦合算法,同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算,发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小,而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明,不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

加肋轴对称旋转壳非线性稳定性分析

应用Total Lagrange描述、弹塑性本构关系及非线性壳体理论,建立加肋轴对称旋转壳的非线性稳定性分析的控制方程.将所求得的控制方程应用于截锥壳单元,推导出截锥壳单元的非线性稳定性分析的有限元列式,用截锥壳单元离散和逼近加肋轴对称旋转壳,构成有限元分析模型,从而建立了分析加肋轴对称旋转壳稳定性分析的有限元模型.应用所获得的有限元列式,由平衡路径追踪,求出结构的弹性极值点载荷和弹塑性极值点载荷,将所求得的极值点载荷适当地划分成多个载荷步,求出相应的位移增量,在每一个增量步作特征值分析,由特征值分析求出非线性失稳临界载荷.文中分别将本方法与材料的弹性本构关系和弹塑性本构关系相结合,采用Crisfield圆弧加载法对某精车模型进行平衡路径追踪,得出了该模型的弹性极值点载荷、弹塑性极值点载荷和弹塑性失稳临界载荷.所求得的弹塑性极值点载荷和弹塑性失稳临界载荷与模型实验测试值均吻合较好,其中弹塑性失稳临界载荷值与实验值更为接近.从而证明:本文方法可直接求出加肋轴对称旋转壳的弹塑性失稳临界载荷,而勿须使用Cg、Cs系数进行修正.     

海洋平台TT型圆管节点极限强度分析

利用MSC/Marc分析了轴向力作用下的TT型圆管节点的极限强度.运用MSC/Patran建立相应的有限元模型,采用NR法分析,根据Mises屈服准则,利用MSC/Marc中的非线性分析模块计算出管节点在轴力作用下的塑性极限载荷,并讨论各参数对管节点的影响,为管节点的可靠性分析打下基础.     

某型压力筒的压力控制系统设计与仿真

压力筒是实验室用于模拟深海压力的专用设备。针对1个容积为6 m3压力筒的压力控制特性要求,提出了开关阀和调节阀的复合控制策略,以满足压力控制的快速性要求和稳态控制工况下的高精度要求。在利用AMESim仿真软件建立系统的半实物仿真模型的基础上,对控制策略进行了仿真研究,证明了压力控制系统的可行性,为工程应用提供了理论支持。     

纵环加筋圆柱薄壳的塑性屈曲试验与分析

本文进行了纵环加筋圆柱薄壳在均布外压作用下的屈曲试验和分析研究。采用塑性形变理论和Misos屈服准则，在能量原理基础上导出了壳体简明的屈曲分析公式。给出了四个铝合金模型的屈曲破坏试验结果，描述了模型的破坏特征和破坏过程。试验及数值分析结果表明，在一定参数范围内，壳体将发生总体塑性屈曲破坏，且破坏表现为一个过程，局部屈曲将影响到总体屈曲临界压力。本文提供的总体屈曲简明分析方法具有较好的精度，可供初步设计时使用。     

A new look at the external pressure capacity of sandwich pipes

Sandwich Pipes (SPs) have been developed to overcome the required flow assurance and pressure capacity issues in deep and ultra-deep waters. This research aims at studying the influence of certain structural parameters on the pressure capacity (also referred to as the plastic buckling pressure) of Sandwich pipelines. The use of high grade steel pipes, as the internal or external pipes, has also been considered as one of the design parameters in this study. Moreover, a comprehensive parametric study, considering a practical range of the parameters that influence the response of SPs (and considering 3840 SP configurations) was conducted. The results from this large array of pipes were used to formulate a practical equation, capable of estimating the plastic buckling pressure of SPs. The accuracy of the proposed equation was evaluated by comparing the results with the experimental and numerical results available in the literature. The comparative results demonstrated that the proposed equation could predict the buckling capacity of such pipes with a reasonable accuracy. Furthermore, the proposed equation was used, along with a general optimization procedure, to establish the most optimum and cost-effective combination of structural parameters for SPs suitable for use in various water depths.     

深海载人潜水器耐压球壳设计特性分析

回顾了国内外深海载人潜水器载人球壳的设计现状,对国际上6 000米级载人球壳的特征进行了分析比较,并采用塑性分析方法对不同内径的钛合金载人球壳给出了设计厚度和重量特性,分别探讨了安全系数、球壳内径、体积密度、球壳重量等设计因素.     

静水压力下圆柱壳结构屈曲机理分析

针对静水压力下圆柱壳结构的屈曲机理问题,将圆柱壳的结构刚度分为薄膜刚度和弯曲刚度,分析了具有完整刚度下圆柱壳的失稳压力,并与已有的理论进行了比较,验证了方法的可靠性。通过消除圆柱壳结构各部分薄膜刚度获得了消除刚度后的临界屈曲载荷,分析了各部分薄膜刚度对静水压力下圆柱壳承载能力的影响,结果表明,静水压力下圆柱壳屈曲的原因是结构周向薄膜刚度的减少。     

基于管道水力提升式采矿系统的深海采矿船总体设计研究

在分析目前国际主流管道水力提升式深海采矿系统的组成和采矿作业工程实际需求的基础上,对深海采矿船(水面支持系统)的主要功能、系统配备和布置特点进行研究。结合工程案例分析,提出商业化深海采矿船总体设计要求和发展趋势。通过研究,为将来商业性、标准化深海采矿船总体设计提供参考。     

Propagating buckles in corroded pipelines

Rigid–plastic solutions for the steady-state, quasi-static buckle propagation pressure in corroded pipelines are derived and compared to finite element predictions (ABAQUS). The corroded pipeline is modeled as an infinitely long, cylindrical shell with a section of reduced thickness that is used to describe the corrosion. A five plastic hinge mechanism is used to describe plastic collapse of the corroded pipeline. Closed-form expressions are given for the buckle propagation pressure as a function of the amount of corrosion in an X77 steel pipeline. Buckles that propagate down the pipeline are caused by either global or snap-through buckling, depending on the amount of corrosion. Global buckling occurs when the angular extent of the corrosion is greater than 90°. When the angular extent is less than 90° and the corrosion is severe, snap-through buckling takes place. The buckle propagation pressure and the corresponding collapse modes also compare well to finite element predictions.     

深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究

对现有的潜水器耐压壳的研究主要都围绕薄壳结构,而深海载人潜水器耐压球壳,已属于厚壳的范围.国际上还没有均匀外压下厚球壳的解析解,只有美国海军泰勒水池耐压球壳设计公式及俄罗斯相应的公式可以参考.因此本文基于有限元的分析方法,对大深度载人潜水器耐压球壳极限强度进行了研究.通过对有限元参数的比较,提出了一个合理的有限元分析模型,计算结果与实验数据相符,而泰勒水池公式及俄罗斯公式的误差较大.然后计算了一系列半径厚度比下的耐压球壳的极限强度,并研究了初挠度的影响.本文认为对于深海载人潜水器耐压球壳可以直接根据有限元计算确定其极限强度,泰勒水池公式和俄罗斯公式偏于保守;耐压球壳经过精加工,初挠度对于其极限强度的影响不大.为了实用起见,本文还给出了完善耐压球壳极限强度与经典值的比值曲线,以及初挠度效应曲线.     

多种型式肋骨加强的耐压圆柱壳体结构稳定性研究

耐压圆柱壳体通常采用环肋加强以提高其在静水外压作用下的结构稳定性.文中在理论分析和实例计算的基础上对多种型式肋骨加强的耐压圆柱壳体的稳定性进行了比较,比较结果表明:在肋骨用材总量相同的情况下,通过合理选择肋骨型式或合理设计肋骨尺寸,使其面内惯性矩增大,可以较大幅度地提高耐压圆柱壳体的总体失稳压力;相邻两肋之间净距离较小的肋骨,可以较大幅度地提高肋间壳板的稳定性.     

深海采矿船水下设备布放回收工艺

综合考虑复杂的海洋环境和水下设备形式,深入分析深海采矿作业中水下设备布放回收的技术难点和作业效率,开展布放回收系统中的集矿车、中继仓、提升泵和扬矿管等水下设备的配置和布局设计,形成深海采矿船水下设备布放回收工艺。研究结果可为深海采矿船水下设备布放回收系统的设计制造提供参考,为深海采矿船工程应用提供技术支撑。