球柱壳耐压舱体极限承载力研究

耐压舱设计是水下机器人的核心技术之一,其极限承载力研究是核心中的核心。针对球壳封盖加柱形壳体耐压舱,现行标准对于初始导入缺陷数值的确定往往过于保守,对于耐压舱体数量较多的无人潜水器来说,过大的设计质量是总体设计所无法接受的。首先采用装配体整体建模策略,建立复合屈曲的受力模型,将三大非线性影响因素同时引入到极限承载力研究中,提升了计算精度。然后分别针对确定性缺陷和非确定性缺陷结构开展极限承载力研究。最后,提出以0.23%的初始缺陷导入尺度作为球壳封盖加圆柱壳体的耐压壳体缺陷导入参数,给出了导入尺度的计算方法,并借助水压试验对上述参数的准确性进行验证。     

大深度救生钟耐压结构的优化设计

针对某型救生钟的救生舱耐压壳体,推导出典型水下耐压结构的计算公式,建立结构优化数学模型,并编制计算程序以求解结构最优尺寸,在此基础上确定耐压结构的设计尺寸.对设计结果采用有限元计算和规范计算比对分析,结果证明采用程序计算设计的优化尺寸满足工程要求.本文提供的计算方法可为水下环肋耐压壳体结构工程设计提供参考.     

载人潜水器圆柱形耐压壳体的优化设计研究

采用分枝定界法和序列二次规划方法,对载人潜水器圆柱形耐压壳体的重量最小化进行了研究.设计变量是壳板的厚度、肋骨的型号、间距和数量,讨论了下潜深度、材料几何参数对重量以及其它特征量的影响.算例计算表明,下潜深度越大,屈服极限越高的材料重量减轻越明显.对于大深度而言,选用高屈服极限材料,可以使得材料能够充分利用.文中还对结构重量占排水量比例随深度变化的情况进行了研究.     

碟形水下滑翔器耐压壳的结构优化

碟形水下滑翔器作为一种优点众多的新型水下滑翔器,近年来得到广泛应用。其液压浮力调节系统、姿态控制系统以及转向控制系统必须安装在耐压壳体内部,因此,对于耐压壳体的设计来说,尽量小的重量和尽量大的有效容积是其设计时的重要技术指标。为了得到最优结构,采用尺寸优化方法,以壳体厚度、两道环肋的高度作为设计变量对耐压壳进行优化设计,以期达到强度足够高、最大变形值小于容许变形值和质量最小的轻量化目标。优化后,质量较初始设计减少了30%,轻量化效果明显,并对最终选择的结构进行屈曲分析,其临界压力远大于许用压力。     

耐压柱壳参数化设计与灵敏度分析

为提高耐压柱壳设计效率,设计了耐压柱壳参数化分析流程。研究了有限元分析所涉及的材料属性、载荷施加、边界条件设置等内容,确定了采用弧长法分析耐压柱壳稳定性。利用Python语言对于ABAQUS软件进行了二次开发,利用Isight软件实现了ABAQUS的集成,实现了耐压柱壳有限元分析模型的网格自动划分、自动分析计算等。选择样本点进行参数化分析,利用响应面模型对于样本点进行了拟合,得到了具有较高拟合精度、满足工程需要的近似模型,进行了设计变量的灵敏度分析。研究结果表明:参数化分析流程可实现耐压柱壳的自动分析、近似模型及灵敏度分析,可降低耐压柱壳分析难度,均可提高耐压柱壳设计效率。     

轻载作业型载人潜水器耐压球壳设计

耐压球壳是载人潜水器的关键部件,对于载人潜水器的安全性、总体性能等诸多方面均有重要的影响。针对轻载作业型HOV耐压球壳的设计,确定了壳体材料、结构形式和主要尺度,完成了基于规范的耐压球壳强度校核和稳定性分析,设计了开孔加强结构,完成了基于有限元耐压球壳模型强度校核。最后,在考虑了材料非线性、初始缺陷等因素的基础上,采用弧长法完成了耐压球壳的稳定性分析。结果表明耐压球壳的设计方案满足规范要求,为深水轻载作业型载人潜水器耐压球壳的设计提供了参考。     

深海无人遥控潜水器耐压电子舱结构设计与分析

研究深海无人遥控潜水器(ROV)耐压电子舱结构设计中涉及的力学分析技术。利用有限元数值分析方法校核耐压电子舱在深水条件下的强度、刚度与稳定性。根据深海耐压电子舱受力特点,优化其结构形式和尺寸,获得最优结构拓扑构型。对于耐压电子舱上下壳体接合面间接触问题,将非线性接触分析和简化分析法的计算结果进行比较。探讨加工误差与初始缺陷对耐压电子舱力学性能的影响。计算结果表明,耐压电子舱结构优选设计方案满足力学性能和重量要求,并且对加工误差与初始缺陷的影响不十分敏感。     

可潜器设计中若干问题的探讨

本文从可潜器总体设计角度出发,对内部设置布置原则,科研蓄电池电源选用,重量、浮力平衡,浮力材料,耐压壳体不连续结构的设计,壳体加工制造,以及动力推进系统的选择等问题,进行了较详细的论述。     

含缺陷球柱组合壳极限承载能力分析

球柱组合壳是单壳体潜艇耐压船体结构的主要形式,其结构在极限载荷作用下的极限承载能力和变形是评估潜艇结构安全性的重要指标。 在试验模型基础上,根据三维实测初挠度数据建立含缺陷的球柱组合壳有限元模型,将极限强度计算结果与试验数据对比分析,结果表明:上述数值方法准确可靠,且缺陷的引入对于工程上潜艇结构的极限承载能力评估具有实际意义。     

深潜器大开口球形耐压操纵舱结构模型的力学性能

结合模型试验和数值计算对大潜深、带大开口的球形耐压结构静态力学性能进行了研究。研究中考虑到材料非线性、非弹性的因素,通过对材料拉伸试验曲线的分析,得到了材料应力-应变的近似表达式;并且利用超声测厚仪对结构模型的几何缺陷进行了测量。同时基于参数化设计语言建立了有随机几何缺陷的有限元模型,并利用接触单元考虑了大开口观察窗与耐压结构的联系。试验验证表明论文提出的利用有限元软件分析大潜深、大开口耐压壳体力学性能的计算方法和计算策略是准确可靠的,所获得的结果可供设计使用。     

Displacements induced by breaking waves on axially loaded cylindrical shells

Forced vibrations of the walls of a vertical cylindrical shell under the impact of a breaking wave are studied theoretically. The wave action is modelled as a pressure distribution which varies in time and space. A linear dynamic analysis of the transient response is carried out by means of the modal superposition technique, in which the static stresses are considered. The results show that in thin shells, the transient displacements could be of the order of the thickness of the shell. It is suggested that these large displacements could play an important role in eroding the buckling capacity of the structural component. The problem of limiting the dynamic displacements is discussed by interaction diagrams for static axial load-dynamic lateral pressure, and by examination of the confluence of shell and wave parameters for which the transient displacements do not exceed a given value.     

Optimum design of filament-wound multilayer-sandwich submersible pressure hulls

Submersible pressure hulls with fiber-reinforced multilayer-sandwich constructions have been developed in recent years as substitutes for classical metallic ring-stiffened pressure hulls. This study aims to optimize the design of filament-wound multilayer-sandwich submersible pressure hulls, taking into consideration the shell buckling strength constraint, the angle-ply laminated facing failure strength constraint and the low-density isotropic core yielding strength constraint under hydrostatic pressure using the hybrid genetic algorithm (HGA). The thickness of the facing, the thickness of the core layer, the orientation angle of the fibers in the facings and the shear modulus of the core material are taken as design variables. A sensitivity analysis is performed to study the effects of the operational depths and the hull shell geometry parameter, the length-to-diameter ratio (L/D), on the optimal design of filament-wound multilayer-sandwich submersible pressure hulls with graphite/epoxy, glass/epoxy and boron/epoxy composite facings. The results reveal that the optimal weight of various sandwich pressure hulls increases linearly with the operational depth, but it is almost unchanged as the geometry paramter. Furthermore, Graphite/Epoxy is the best choice for the material of the facings in a light-weight design. With reference to wall design, Boron/Epoxy is the best choice for the material of the facing at shallow depths, but Graphite/Epoxy is the best choice at extreme depths. Results of this study provide a valuable reference for designers of underwater vehicles.     

Distortion of thin shells due to rapid temperature changes

A mathematical model which predicts pressure changes and resultant hull distortion due to variations in temperature of a thin closed shell is presented. The model is of general application but in this paper it is specifically applied to the case of a small sailing boat whose bouyancy depends on the fact that the hull is effectively a water-tight shell made of GRP. In extreme climates such as vessel experiences large temperature changes on launching and beaching and pressure differentials of the order of 2 psi can result. The design of the hull incorporates a small vent hole to relieve the pressure build-ups but the recommended diameter is shown to be too small to avoid damage. Reasons for structural failures, which have frequently been observed, are presented.     

壳体厚度对战斗部爆炸气泡特性影响的数值模拟研究

采用LS-DYNA软件,对装药半径为0.15m、0.42m、0.55m的战斗部有、无壳体的爆炸特性进行数值模拟研究,分析了炸药在有无壳体的水下爆炸时的冲击波压力、气泡脉动压力等特性参数,对比总结了不同当量、不同装药半径及有无壳体的数值计算结果。结果表明:壳体对水下爆炸气泡脉动的影响是较为显著的。壳体厚度对气泡形成时间没有太多影响,但对气泡压力峰值影响较大。因此,研究战斗部水下爆炸威力时必须考虑壳体因素,不能简化。     

紫扇贝和海湾扇贝杂交家系的生长和通径分析

以紫扇贝(Argopecten purpuratus)和海湾扇贝(Argopecten irradians irradians)为亲本,建立了紫扇贝自交(ZZ)、海湾扇贝自交(HH)、紫扇贝(卵)×海湾扇贝(精)(ZH)和海湾扇贝(卵)×紫扇贝(精)(HZ)共4个试验家系.在养殖60、127 d时测定壳高、壳长、壳厚和体质量,并分析各养殖时期影响体质量的主要因素.结果表明:在各养殖时期,2杂交家系子代的壳高、壳厚以及体质量均表现出生长优势(P＜0.01),因此认为通过紫扇贝和海湾扇贝杂交方式是改善扇贝的良好方法.通径分析的结果表明,对于自交家系,壳长是影响体质量的主要影响因素,但对于杂交家系HZ来说,壳长(60 d)和壳厚(127 d)对体质量的决定作用最大;在杂交家系ZH,60 d时壳长和壳厚的协同作用对体质量的决定作用最大,127d时壳高的决定作用最大.因此对于两个杂交家系的选育,应按照不同性状对体质量的决定系数选择各时期的优势性状,以使子代的杂种优势充分表现.     

Optimum design of multiple intersecting spheres deep-submerged pressure hull

The multiple intersecting spheres (MIS) pressure hull is a logical derivative of the single unstiffened sphere, which is frequently used for deep operating, small submersibles because of its attractive low buoyancy factor. This paper investigates the optimum design of an MIS deep-submerged pressure hull subjected to hydrostatic pressure, using a powerful optimization procedure combined the extended interior penalty function method (EIPF) with the Davidon–Fletcher–Powell (DFP) method. In this study, the thickness of the shell, the width of the rib-ring, the inner radius of the rib-ring and the angle of intersection of the spherical shell are selected as design variables, and structural failure and human requirements are considered to minimize the buoyancy factor. Additionally, a sensitivity analysis is performed to study the influence of the design variables on the optimal structural strength design. The results reveal that the shell thickness is most important to lobar buckling strength, and that rib-ring width, rib-ring inner radius and spherical shell intersection angle are most important to rib-ring hoop strength. Optimization results may provide a valuable reference for designers.     

不同养殖海域栉孔扇贝(Chlamys farreri)混合家系的通径分析

为了深入认识栉孔扇贝(Chlamys farreri)壳尺寸性状和体重之间的关系,达到通过直观可见形状判断非直观性状,在栉孔扇贝苗种培育中指导种贝挑选工作的目的,本实验将600余只扇贝分别于三个不同纬度养殖环境(山东青岛、山东荣成和辽宁大连)下养殖一年后测量其性状数据,包括壳长、壳高、壳宽、体重,进行壳尺寸性状对体重性状的通径分析。偏回归系数统计表明,除大连海域壳长对体重的偏回归系数为0.266,差异不显著(P0.05)外,其它参数对体重均极显著(P0.01),表明大多数自变量和因变量之间都有极显著的共线性关系。对各个海域建立以壳尺寸为自变量,体重为因变量的回归方程,得出通径系数、各性状间的相关性指数以及各参数对体重的决定系数,计算出了不同养殖地点的栉孔扇贝壳尺寸性状和体重之间关系的回归方程。通径分析显示,对青岛海域栉孔扇贝体重直接作用最大的是壳高,对荣成海域栉孔扇贝体重直接作用最大的是壳长,而对大连海域栉孔扇贝体重直接作用最大的是壳宽。因此,以体重为目标挑选青岛海域的种贝时,应以壳高为优先选择指标;挑选荣成海域的种贝时,优先选择壳长;挑选大连海域的种贝时,优先选择壳宽。不同养殖海域栉孔扇贝的通径分析为栉孔扇贝亲贝的挑选提供了理论支持。     

双功能潜水器结构设计分析探讨

双功能潜水器是目前国际上比较新型的可用于深海水下观察和作业的装备。既可有缆载人／无人，又可无缆载人。该潜水器最大工作深度450m，其结构材料和结构形式与以往类似的装备不同。文章对双功能潜水器耐压壳结构和载体框架设计中的一些问题进行了探讨，提出的设计思想和计算方法，这对获得一个具有最轻结构重量的实用的双功能潜水器结构具有指导意义。