锥环柱结构总体匹配强度性能研究

锥环柱结构是柱壳与锥壳连接的一种新型结构形式,实现了柱壳和锥壳的光顺连接,具有应力分布均匀、结构重量小、最大应力部位避开了焊缝部位等优点。然而,当其他结构与其匹配时,其强度性能会受到影响。采用ANSYS有限元仿真软件,对大型环向结构、大型开孔加强结构、大型纵向结构与锥环柱结构的匹配关系进行计算和分析比较,得到了与不同结构匹配时的锥环柱结构强度性能变化曲线,给出了大型环向结构应距环壳1档肋位以上、大型开孔加强结构应距环壳2档肋位以上、大型纵向结构可直接与环壳连接的结论。

     

针对不同锥角的潜艇加肋锥-环-锥结构强度和稳定性

为解决潜艇结构中2个不同锥角的圆锥壳相连接时结合处存在的应力集中问题,提出了加肋锥-环-锥这一新型结构形式。为得到锥-环-锥结构强度、稳定性随锥角的变化规律以及该结构适用的锥角范围,采用数值仿真方法得到了不同锥角的锥-环-锥结构的过渡段各典型应力、舱段整体弹性失稳压力和失稳模式。结果表明,各典型应力与锥角之间近似呈线性关系,环壳跨中处各典型应力对锥角变化最为敏感,锥壳段的纵向应力与两侧锥角的差值有关;随锥角的增加锥-环-锥结构的肋骨刚度较临界刚度下降较快,锥角变化可能会引起结构失稳模式的改变;相比于锥-环-柱结构,当柱壳侧的锥角在0°到10°的范围内变化时,锥-环-锥结构过渡区域的峰值应力和舱段整体弹性失稳压力和锥-环-柱结构相差不大。研究结果可为锥-环-锥结构设计提供参考。     

针对不同锥角的潜艇加肋锥-环-锥结构强度和稳定性

为解决潜艇在设计过程中两个不同锥角的圆锥壳相连接时结合处存在的应力集中问题,基于加肋锥-环-柱结合壳,提出了加肋锥-环-锥这一新型结构形式。为得到锥-环-锥结构强度、稳定性随锥角的变化规律以及该结构适用的锥角范围,本文运用有限元软件建立锥角不同的系列模型,得出锥-环-锥结构在保持一侧锥角大小、锥锥相交处的半径及环壳跨长不变时结构过渡段各典型应力、舱段整体弹性失稳压力与失稳模式随另一侧锥角的变化规律。结果表明,各典型应力与锥角之间近似呈线性关系,环壳跨中处各典型应力对锥角变化最为敏感,锥壳段的纵向应力与两侧锥角的差值有关;随锥角的增加肋骨刚度较临界刚度下降较快,锥角变化可能会引起结构失稳模式的改变;在10°的锥角变化范围内,锥-环-锥结构过渡区域的峰值应力和舱段整体弹性失稳压力和锥-环-柱结构相差不大,在整个锥角变化范围内采用锥-环-锥结构都是可行的。研究结果可为锥-环-锥结构设计提供参考。     

几何参数对加肋凹型锥环柱极限承载能力影响

利用ANSYS有限元软件分析大尺寸加肋凹型锥环柱在静水压力作用下的破坏机理,采用单一变量法,分析几何参数对加肋凹型锥环柱结合壳的极限承载能力和破坏模式的影响。减小半锥角、适当增加环壳厚度及环壳两端肋骨尺寸有利于提高环壳的稳定性和结构整体的极限承载能力,提高环壳肋骨腹板尺寸,能更有效提高整体结构的极限承载能力;增加肋骨的水平方向尺寸能更好地提高环壳的稳定性。     

凹型加肋锥-环-柱结合壳强度的模型试验研究

为考察凹型加肋锥-环-柱结合壳的力学行为,设计制作了3个凹型加肋锥-柱/锥-环-柱结合壳系列精车模型,采用分区样条等参元方法对它们进行了应力计算.分别对3个模型进行了静水外压试验,测量其应力,计算应力与实测应力吻合较好.模型试验和计算结果表明,凹型加肋锥-环-柱结合壳能有效降低锥、柱壳结合部的应力峰值.通过对模型试验结果的分析,得出了一些对指导凹型加肋锥-环-柱结合壳结构设计有实用价值的结论.     

基于舱壁设置的加肋凸、凹锥-环-柱结合壳强度分析

运用分区样条等参元法对舱壁不同布置位置的潜艇加肋凸、凹锥-环-柱结合壳进行强度分析,得出了一些对指导凸、凹型锥-环-柱结合壳结构设计和舱壁布置有实用价值的结论.     

潜艇锥柱结合过渡结构的有限元应力分析

针对潜艇耐压结构的锥柱结合形式,采用大型有限元软件ANSYS建模进行计算.首先简化实艇的几何参数,然后加载进行计算;计算结果与迁移矩阵法计算结果以及实艇泵水试验所得数据进行对比,其结果均令人满意.     

加肋锥—环—柱组合壳强度及稳定性模型实验研究

本文进行了加肋锥－环－柱组合壳应力、稳定性模型实验，并运用分区样条等参元法进行了数值计算，计算结果与实验结果吻合良好。还将加肋锥－环－柱组合壳与相应加肋锥－柱组合壳应力、稳定性特性进行比较。研究结果表明，加肋锥－环－柱组合壳是锥壳与柱壳间一种优越的连接形式。     

锥-环-柱结合壳和锥-柱结合壳应力的近似解

本文采用弹性基础梁地导出锥－柱结合壳和锥－环－柱结合壳的应力近似解，具有一定的精确度，便于工程设计应用。计算结果表明，锥－环－柱结合壳实现圆柱壳与圆锥壳的光顺连接，能有效降低结合壳过渡区的局部应力。     

锥—环—柱结合的应力和稳定性

本文用解析法计算了受中面均布法向载荷作用的锥－环－柱结合壳中的应力值，并根据Ｔｒｅｆｆｔｚ准则计算了其失稳临界压力，计算结果说明，在总体几何尺寸与壳厚相同的情况下，锥－环－柱结合壳与锥一柱结合壳相比，过渡区的局部应力值显著减小，失稳临界压提高。     

环壳过渡对潜艇锥-锥连接结构强度和稳定性的影响

[目的]为解决潜艇耐压结构中两个不同锥角的圆锥壳结合处的应力集中问题,提出一种锥-环-锥新型结构形式,并探讨该连接结构的影响、锥-环-锥结构的可行性和适用的锥角范围。[方法]运用ANSYS有限元软件建立系列不同锥角的加肋锥-环-锥与锥-锥结构模型,以得到上述2种不同锥角的结构过渡段的典型应力、舱段弹性稳定性情况。通过对比分析,得出环壳过渡对不同锥角下的锥-锥结构力学性能的影响规律。[结结果]结果表明,左、右锥壳锥角差值越大,通过环壳降低峰值应力的作用更大,当两侧锥角差值大小γ1-γ210°时,使用环壳过渡的作用较小;半径较大一侧锥角较小时,锥-环-锥与锥-锥结构的失稳发生在过渡段半径较小一侧的锥壳,而锥-环-锥结构的稳定性优于锥-锥结构;半径较大一侧锥角较大时,结构失稳发生在半径较大的锥壳,且锥-环-锥结构的稳定性与锥-锥结构一致。[结论]研究结果可为锥-锥连接结构的设计及物理试验提供参考。     

加肋凹型锥环柱破坏机理研究

采用Ansys有限元软件分析静水压力作用下加肋凹型锥环柱结合壳的受力特点;运用弧长法对其破坏过程进行仿真分析.通过分析锥、环、柱三部分各自位移最大点及环壳两端肋骨的载荷-应力和载荷-位移关系.对加肋凹型锥环柱结合壳的破坏模式和破坏机理进行研究,并对破坏过程中出现环壳中面应力在破坏前卸载和环壳两端肋骨的高应力的现象做出合理的解释.     

加肋凹型锥环柱破坏机理研究

采用Ansys有限元软件分析静水压力作用下加肋凹型锥环柱结合壳的受力特点;运用弧长法对其破坏过程进行仿真分析。通过分析锥、环、柱三部分各自位移最大点及环壳两端肋骨的载荷-应力和载荷-位移关系。对加肋凹型锥环柱结合壳的破坏模式和破坏机理进行研究,并对破坏过程中出现环壳中面应力在破坏前卸载和环壳两端肋骨的高应力的现象做出合理的解释。     

锥-环-柱结合壳的应力和稳定性

本文用解析法计算了受中面均布法向载荷作用的锥-环-柱结合壳中的应力值，并根据Trefftz准则计算了其失稳临界压力。计算结果说明，在总体几何尺寸与壳厚相同的情况下，锥-环-柱结合壳与锥-柱结合亮相比，过渡区的局部应力值显著减小，失稳临界压力提高。     

锥-环-柱结合壳的应力和稳定性

为了研究潜艇耐压壳体合拢阶段端口处在自身重力作用下产生的变形,基于板壳理论的有矩理论和无矩理论,推导环肋圆柱壳自由端变形的简单计算公式,计算结果与有限元仿真结果进行了比较,验证了公式的可靠性。结果表明：当底部简支的薄壁圆柱壳受到自身重力影响时,自由端变形量与圆柱壳内半径的四次方成正比,与壁厚的二次方成反比;对于悬臂圆柱壳,重力载荷对自由端面的圆度影响不大,随着自由端与固支端的距离增大自由端变形量呈非线性递增趋势,且增加速率逐渐增大。随着圆柱壳内半径增加,自由端变形量逐渐降低,当圆柱壳内半径是纵向长度的0.75倍时,自由端变形量达到最小,此后,随着圆柱壳内半径增加而逐渐增大。研究结果可为环肋圆柱壳卧置状态下的重力变形计算和加强措施提供参考。     

锥-环-柱结合壳的应力和稳定性

  目的  为解决潜艇耐压结构中两个不同锥角的圆锥壳结合处的应力集中问题,提出一种锥-环-锥新型结构形式,并探讨该连接结构的影响、锥-环-锥结构的可行性和适用的锥角范围。  方法  运用ANSYS有限元软件建立系列不同锥角的加肋锥-环-锥与锥-锥结构模型,以得到上述2种不同锥角的结构过渡段的典型应力、舱段弹性稳定性情况。通过对比分析,得出环壳过渡对不同锥角下的锥-锥结构力学性能的影响规律。  结果  结果表明,左、右锥壳锥角差值越大,通过环壳降低峰值应力的作用更大,当两侧锥角差值大小γ₁-γ₂ < 10°时,使用环壳过渡的作用较小;半径较大一侧锥角较小时,锥-环-锥与锥-锥结构的失稳发生在过渡段半径较小一侧的锥壳,而锥-环-锥结构的稳定性优于锥-锥结构;半径较大一侧锥角较大时,结构失稳发生在半径较大的锥壳,且锥-环-锥结构的稳定性与锥-锥结构一致。  结论  研究结果可为锥-锥连接结构的设计及物理试验提供参考。     

环壳过渡对潜艇锥-锥结构极限承载能力的影响

[目的]运用有限元方法研究环壳过渡对锥-锥结构极限承载能力的影响。[方法]采用弧长法分别计算无初始几何缺陷及含一阶模态变形初始缺陷的锥-环-锥及锥-锥连接结构的极限承载能力,分析其破坏模式,通过对比,得出环壳过渡对不同锥角的锥-锥结构极限承载能力的影响规律。[结果]结果表明,当环壳右侧锥壳的半锥角较小时,锥-环-锥与锥-锥结构舱段的破坏发生在环壳左侧锥壳壳板,前者的极限承载能力优于后者,且含模态变形初始缺陷的锥-环-锥结构的极限载荷比无初始几何缺陷时下降了12%～13%;随着环壳右侧锥壳半锥角的不断增大,两种结构极限承载能力的差距不断缩小。当右侧半锥角继续增大,结构的破坏区域变为环壳右侧锥壳,锥-环-锥结构的极限承载能力与锥-锥结构保持一致,含模态变形初始缺陷的锥-环-锥结构的极限载荷比无初始几何缺陷时下降了8.8%左右,锥-环-锥结构对左侧锥壳的初始缺陷敏感度相对于右侧锥壳更高。[结论]研究结果可为潜艇锥-环-锥结构的设计提供参考。     

锥柱组合结构振动声辐射特性研究

针对水下航行器尾部结构振动声辐射控制难题,以锥柱组合结构为研究对象,开展水下航行器尾部结构振动声辐射特性研究。首先,基于声固耦合方法,计及流体负载的影响,建立结构振动声辐射评估模型;在此基础上,开展垂向激励力作用下锥柱组合结构振动声辐射特性研究,探究舱壁、环肋和纵向加强筋等结构形式对锥柱组合结构振动声辐射的影响规律。研究表明,1～400 Hz频段,在激励位置附近增设舱壁、适当增加环肋数目可改变结构频谱特性,并有效降低幅值响应,而增设纵向加强筋对结构振动声辐射特性影响不大。