潜艇大开孔补强结构研究

论文摘要

圆柱壳由于实际应用的要求常常需要开设各种大开孔,超出了常规设计方法的范围。由于几何尺寸、制造工艺和载荷形式的差别,理论计算圆柱壳大开孔结构的应力和应变比较困难,因此,对该结构进行系统、全面分析成为一个重要的课题。针对圆柱壳大开孔的补强计算方法、压力面积法、ASME法、有限元法以及潜艇结构设计计算方法等,分析了各种方法的异同,考证了各种方法的理论依据及由来,通过对实例大开孔结构进行计算比较,显示了其间的差异。本文针对均匀外压作用下圆柱壳大开孔,分别以围壁补强结构、围壁与加厚板组合补强结构为研究对象,采用三维有限元数值分析手段,得到了一些明确而有价值的结论。即随着开孔率的增加,开孔补强部位产生很高的应力。沿孔口边缘的弯曲应力值增加很快,并且超过了周向中面应力的10%,这时弯曲应力不应忽略不计,而应该进行单独校核。对外压作用下围壁补强结构进行三维有限元极限分析,获得结构关键部位的应变值和位移值,通过绘制载荷-位移曲线来研究开孔率和围壁与壳体厚度比对极限载荷的影响。通过研究发现:在相同加强条件下,极限载荷随着开孔率得增加而减小。孔口围壁加强对提高孔周局部极限载荷有明显效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文目的及其意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 圆柱壳开孔补强应力分析研究现状
• 1.2.2 开孔圆柱壳极限载荷研究现状
• 1.2.3 小结
• 1.3 论文主要研究内容
• 第二章 圆柱壳大开孔补强方法的分析比较
• 2.1 引言
• 2.2 各类开孔补强设计方法的介绍
• 2.2.1 等面积法
• 2.2.2 压力面积法
• 2.2.3 极限压力法
• 2.2.4 有限单元法
• 2.2.5 ASME 方法
• 2.2.6 潜艇结构设计计算方法
• 2.3 规范与ASME 法在实际开孔补强中的运用比较
• 2.3.1 按照规范计算
• 2.3.2 按照ASME 法计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 圆柱壳大开孔补强结构的有限元应力分析
• 3.1 有限元法简介
• 3.1.1 有限元分析的参数化技术
• 3.1.2 ANSYS 程序和参数化设计语言－APDL
• 3.2 有限元应力分析
• 3.2.1 围壁加强的圆柱壳大开孔结构
• 3.2.1.1 分析模型
• 3.2.1.1.1 单元选取
• 3.2.1.1.2 网格划分
• 3.2.1.1.3 载荷和边界条件
• 3.2.1.2 系列模型分析
• 3.2.2 围壁与加厚板组合加强的圆柱壳大开孔结构
• 3.3 本章小结
• 第四章 圆柱壳大开孔补强结构的极限分析
• 4.1 引言
• 4.2 非线性有限元理论简介
• 4.2.1 非线性结构分析
• 4.2.2 弹塑性分析
• 4.2.3 求解方法
• 4.3 极限分析理论简介
• 4.3.1 极限分析概念
• 4.3.2 确定极限载荷的方法
• 4.3.3 确定极限载荷的准则
• 4.4 计算模型
• 4.4.1 单元选取
• 4.4.2 网格划分
• 4.4.3 有限元模型
• 4.4.4 结果对比分析
• 4.4.5 参数化分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结与研究展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 创新点
• 5.3 研究展望
• 参考文献
• 作者攻读学位期间完成的学术论文
• 致谢
• 附录