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潜水器耐压壳结构稳定性分析与研究

作　者: 靖海宏
导　师: 肖波；高平
学　校: 武汉理工大学
专　业: 交通运输工程
关键词: 潜水器耐压壳 结构强度 稳定性研究 失效模式 有限元分析
分类号: U674.941
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


潜水器耐压壳的结构设计是人类开发潜水器的核心技术之一,而潜水器耐压壳的强度和稳定性又是其重中之重,在考虑其强度和稳定性时亦需考虑其弹塑性变形的影响。本文从潜水器耐压壳的国内外发展现状着手,主要分析了耐压壳的材料选择,结构设计,从各种形状的潜水器耐压壳的优劣状态选择并最终确定本文的300米潜深潜水器耐压壳的结构为圆柱形与半球形组合的形式。依据本文的结构设计,文中对圆柱形和球形耐压壳进行了应力及失效模式状态方程研究,并提出相应的极限状态方程。在此基础上本文利用有限元分析软件ANSYS分别对圆柱形耐压壳、半球形封头耐压壳以及其整体进行强度与稳定性分析研究,最后本文对前面四章提出总结并展望海洋技术新的研究论题。在前三章的理论概述,本文从研究300米潜深的潜水器耐压壳着手,以结构动力屈曲为切入点,对潜水器耐压壳的非线性稳定性进行了分析研究。分别计算了加肋圆柱形耐压壳、球形耐压壳和其组合的耐压壳的强度和稳定性。计算表明,基于《GB 11632—89潜水器和水下装置耐压结构材料技术条件》的潜水器耐压壳的材料选择,以及基于《潜水系统和潜水器入级与建造规范》的潜水器耐压壳结构设计满足强度与稳定性要求。本文对潜水器耐压壳结构设计方面的一些特性进行了分析,包括耐压壳的材料选择及材料特性,结构设计及其设计依据,强度和稳定性失效模式研究。并且对该部分的研究作了总结归纳,一方面是为后面的计算分析作引导,另一方面为后续继续在该领域研究作参考引用提供依据。后两章本文运用通用商业软件ANSYS对耐压壳强度和稳定性进行有限元分析并总结,有限元分析的主要特点是可以处理复杂的几何形状、载荷和约束状况,但屈曲(稳定性)有限元分析不像结构强度分析那样应用的非常广泛,这也是目前尚存在一些理论上的困难。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 论文研究的目的和意义  9
  1.2 国内外研究概况  9-11
  1.3 潜水器结构稳定性研究计算方法  11-12
  1.4 本文研究的主要内容  12-13
第2章 潜水器耐压壳结构设计  13-28
  2.1 引言  13-14
  2.2 潜水器耐压壳结构设计中要考虑的主要因素  14
  2.3 潜水器耐压壳的结构形状设计  14-16
  2.4 潜水器耐压壳材料的选择  16-21
  2.5 潜水器耐压壳结构形状分析  21-23
    2.5.1 圆柱形耐压壳  22
    2.5.2 球形耐压壳  22-23
  2.6 潜水器耐压壳重量特征  23-24
  2.7 潜水器耐压壳最佳性能准则  24-25
  2.8 潜水器耐压壳体密封  25-26
  2.9 潜水器耐压壳结构设计需注意的问题  26
  2.10 本章小结  26-28
第3章 潜水器耐压壳体失效模式分析研究  28-45
  3.1 引言  28-29
  3.2 稳定概念及失稳形式  29
  3.3 耐压壳稳定性分析基本理论  29-34
  3.4 加肋圆柱形耐压壳应力计算  34-36
  3.5 球形耐压壳应力计算  36-38
  3.6 圆柱形耐压壳稳定性及其失效模式研究  38-41
    3.6.1 不加肋圆柱形耐压壳稳定性及其失效模式研究  38-39
    3.6.2 加肋圆柱形耐压壳稳定性及其失效模式研究  39-41
  3.7 无加筋耐压球壳稳定性及其失效模式研究  41-44
  3.8 本章小结  44-45
第4章 潜水器耐压壳结构强度及稳定性有限元分析  45-61
  4.1 有限元方法简介  45-46
  4.2 加肋圆柱形耐压壳应力计算与校核  46-47
  4.3 加肋圆柱形耐压壳强度稳定性分析计算  47-60
    4.3.1 加肋圆柱形耐压壳强度计算分析  48-49
    4.3.2 环肋圆柱形耐压壳稳定性分析  49-51
    4.3.3 球形耐压壳强度及稳定性分析计算  51-55
    4.3.4 潜水器耐压壳整体强度与稳定性分析计算  55-60
  4.4 潜水器耐压壳有限元计算分析流程  60
  4.5 本章小结  60-61
第5章 总结与展望  61-63
  5.1 本文主要研究工作与总结  61-62
  5.2 进一步研究工作展望  62-63
参考文献  63-67
致谢  67

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 各种船舶 > 船舶：按航行状态分 > 潜水船
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