载人潜器耐压球壳参数化设计与稳定性分析

载人潜器耐压球壳设计的关键是稳定性分析,在针对CATIA进行了二次开发的基础上,实现了CATIA软件参数化模型与有限元分析软件ABAQUS之间的通信,采用ABAQUS中的python语言编程实现了对变参数模型的自动分网,采用惯性释放进行了边界设置,在研究了基于弧长法的稳定性求解方法的基础上,选取MT-1模型进行了稳定性求解方法的有效性验证,最后将参数化设计及稳定性求解方法应用到实际设计中,提高了耐压球壳设计效率。     

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。     

海洋电缆弯曲加强器参数化设计与分析

为建立海洋电缆弯曲加强器参数化设计方法,使用有限元模型进行了弯曲加强器设计参数研究。基于海缆及其弯曲加强器的几何结构及受力特点,建立了基于多相耦合梁单元的平面有限元模型,可以计算并分析海缆及其弯曲加强器在一定角度的张力作用下的形变与等效应力分布。通过多个案例系统性地分析了弯曲加强器的主要设计参数,即根部直径、锥体段长度及材料弹性模量,对海缆弯曲挠度、曲率及等效应力分布的影响。文中原创性地提出了弯曲加强器组合设计参数φ(t, L, E)。通过定量分析确定了其与海缆最大曲率之间的近似线性关系,并由此设计了参数化的弯曲加强器设计流程。通过设计实例验证了组合参数与海缆最大曲率之间关系的准确性和参数化设计流程的有效性。     

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。     

基于APDL的深海环境模拟耐压舱应力分析

针对两种不同底座结构的90 MPa深海环境模拟耐压舱,应用AYSYS软件的APDL建立参数化有限元模型,在有限元分析基础上,将分析数据映射至高应力强度及不连续部位路径上进行线性化处理;依据JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》中的应力限制对线性化结果进行安全评定;分析对比两种方案,以设计安全和重量最小化为目标,优选满足设计要求的结构方案,为深海环境模拟压力舱的设计提供了参考。     

基于遗传算法的碟型水下滑翔机结构优化

以结构质量和应力作为目标函数,结构变形为约束条件,设计碟型水下滑翔机结构优化流程,采用单参数和多参数敏感度分析方法完成关键结构参数的筛选。采用拉丁超立方试验设计方法完成了对设计空间的采样布点工作,利用样本点数据创建了滑翔机结构优化的Kriging代理模型,并对Kriging代理模型进行了联合训练,使模型的拟合达到非常高的可用精度。采用NSGA-2第二代非支配排序多目标遗传算法对滑翔机进行了结构优化求解,得到了优化的Pareto前沿面最优解。优化结果显示,结构质量和应力较优化前分别降低5.57%和14.91%,文中所提方法在滑翔机结构优化设计中具有可行性。     

海洋电缆弯曲加强器参数化设计与

为建立海洋电缆弯曲加强器参数化设计方法，使用有限元模型进行了弯曲加强器设计参数研究。基于海缆及其弯曲加强器的几何结构及受力特点，建立了基于多相耦合梁单元的平面有限元模型，可以计算并分析海缆及其弯曲加强器在一定角度的张力作用下的形变与等效应力分布。通过多个案例系统性地分析了弯曲加强器的主要设计参数，即根部直径、锥体段长度及材料弹性模量，对海缆弯曲挠度、曲率及等效应力分布的影响。原创性地提出了弯曲加强器组合设计参数φ (t, L, E)。通过定量分析确定了其与海缆最大曲率之间的近似线性关系，并由此设计了参数化的弯曲加强器设计流程。通过设计实例验证了组合参数与海缆最大曲率之间关系的准确性和参数化设计流程的有效性。     

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。     

纵横加筋圆锥壳振动特性多变量分析

为了全面掌握纵横加筋圆锥壳结构参数与其振动特性之间的关系,采用有限元软件ANSYS对纵横加筋圆锥壳进行参数化建模,并基于设计变量全组合数据,采用相关性分析、主效应分析和主成分分析方法,对纵横加筋圆锥壳结构参数与结构第一阶总体弯曲模态频率、激励力处的加速度响应总级以及结构质量之间的关系进行研究,得到了各结构参数与目标量之间关系的定量描述。为正确理解纵横加筋圆锥壳结构参数与振动特征量之间的关系提供了数据支撑,同时为此类结构的工程设计提供了参考依据。     

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。     

各向均匀外压力作用下环肋圆柱壳的稳定特性

各向均匀外压力作用下的环肋圆柱壳，在总稳定方面会出现异常特性，例如，其稳定性不能正常地随其刚度的增加而增大。本文根据环肋圆柱壳在三种外力状态下（仅受轴向均匀外压，仅受横向均匀外压和各向均匀外压），总稳定性随几何参数变化的规律，从理论上详细说明了异常特性的实质是仅受轴向外压的特性，最后用模型实验结果证明理论分析与研究的正确性。     

The Influence of Residual Stress on Plastic Buckling of Cylindrical Shells

-This paper adopts approximate formulas for residual stresses caused by cold bending for plates with stress-strain curve form a = K n. A typical distribution of the longitudinal residual stress due to welding is also assumed. The effects of residual stress due to cold bending and welding on plastic buckling of axially compressed cylindrical shells are studied by the finite element method.     

Numerical Analyses of Bearing Capacity of Deep-Embedded Large-Diameter Cylindrical Structure on Soft Ground Against Lateral Loads

1 .IntroductionThe large-diameter cylindrical structure for coastal and offshore engineering has been widely usedin China .Thistype of structureis composed of a steel or reinforced concrete cylindrical thin-wall shellplaced partlyintothe ground by a speci…     

Dynamic Buckling of Elasto-Plastic Cylindrical Shells Under Axial Fluid-Solid Impact Load

- The dynamic buckling of elasto-plastic cylindrical shells under axial fluid-solid impact is investigated theoretically. A simplified liquid- gas- structure model is given to approximately imitate the problem. The basic equation of the structure is derived from a minimum principle in dynamics of elasto-plastic continua at finite deformation, and the flow theory of plasticity is employed. The liquid is incompressible and the gas is compressed adiabatically. A number of numerical results are presented and the characteristics of the buckling behavior under fluid-solid impact are illustrated.     

Parametric Analysis of A Submerged Cylindrical Shell Subjected to Shock Waves

In this study,an FEM-SBFEM(scaled boundary finite element method)coupling procedure proposed by Fan et al.(2005)is adopted to obtain the dynamic responses of a submerged cylindrical shell subjected to plane step or exponential acoustic shock waves.The coupling procedure can readily be applied to three-dimensional problem,however for clarity,the problems to be presented are limited to two-dimensional domain.In the analyses,the cylindrical shell is modeled by simple beam elements(using FEM),while the effects of the surrounding infinite fluid is modeled by the SBFEM.In it,no free surface and seabed are involved.Compared with Fan and his co-authors' works,the FEM-SBFEM coupling procedure is further verified to be feasible for shock waves by benchmark examples.Furthermore,parametric studies are performed and presented to gain insight into effects of the geometric and material properties of the cylindrical shell on its dynamic responses.     

水下加筋圆柱壳结构声散射特性研究

采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对水下加筋圆柱壳结构的声散射特性进行分析。考虑入射声场激发弹性结构振动产生二次辐射声场,总声场为入射场与散射场之和。基于Mindlin理论建立结构受迫振动的有限元模型,考虑入射声场为简谐激励,采用模态叠加法求出结构振动表面速度。根据声学边界元相关理论,利用有限元方法计算得出的弹性结构表面动力相应,可求出弹性结构的散射声场。研究结果表明,在同一波数下,不加筋结构后向散射强于加筋结构;加筋结构的散射指向性图案分叉较为明显;同种结构在波数增加的时候后向散射强度逐渐增大,前向散射强度逐渐减弱。     

Postbuckling of Imperfect Stiffened Cylindrical Shells Under Combined External Liquid Pressure and Axial Compression

- posthuckling analysis is presented for the stilTened cylindrical shell of finite length subjected to combined loading of external liquid pressure and axial compression. The formulations are based on a boundary layer theory of shell buckling, which includes the effects of nonlinear prebuckling deformations, nonlinear large deflections in the postbuckling range and initial geometrical imperfections of the shell. The "smeared stifl'cner" approach is adopted for the stiffencrs. In the analysis a singular perturbation technique is used (o determine the interactive buckling loads and the postbuckling paths. Numerical examples cover the performance of perfect and imperfect, stringer and ring stiffened cylindrical shells. Typical results arc presented in the dimcnsionless graphical form.