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潜艇大开孔补强结构研究

作　者: 舒斌
导　师: 胡刚义
学　校: 中国舰船研究院
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 大开孔补强结构应力分析应力集中系数图谱极限载荷
分类号: U674.76
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 论文目的及其意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-18
    1.2.1 圆柱壳开孔补强应力分析研究现状  11-16
    1.2.2 开孔圆柱壳极限载荷研究现状  16-18
    1.2.3 小结  18
  1.3 论文主要研究内容  18-20
第二章圆柱壳大开孔补强方法的分析比较  20-33
  2.1 引言  20
  2.2 各类开孔补强设计方法的介绍  20-29
    2.2.1 等面积法  20-21
    2.2.2 压力面积法  21-22
    2.2.3 极限压力法  22
    2.2.4 有限单元法  22
    2.2.5 ASME 方法  22-25
    2.2.6 潜艇结构设计计算方法  25-29
  2.3 规范与ASME 法在实际开孔补强中的运用比较  29-31
    2.3.1 按照规范计算  29-30
    2.3.2 按照ASME 法计算  30-31
  2.4 本章小结  31-33
第三章圆柱壳大开孔补强结构的有限元应力分析  33-57
  3.1 有限元法简介  33-35
    3.1.1 有限元分析的参数化技术  33-34
    3.1.2 ANSYS 程序和参数化设计语言－APDL  34-35
  3.2 有限元应力分析  35-55
    3.2.1 围壁加强的圆柱壳大开孔结构  35-49
      3.2.1.1 分析模型  37-44
        3.2.1.1.1 单元选取  38-39
        3.2.1.1.2 网格划分  39
        3.2.1.1.3 载荷和边界条件  39-44
      3.2.1.2 系列模型分析  44-49
    3.2.2 围壁与加厚板组合加强的圆柱壳大开孔结构  49-55
  3.3 本章小结  55-57
第四章圆柱壳大开孔补强结构的极限分析  57-75
  4.1 引言  57
  4.2 非线性有限元理论简介  57-61
    4.2.1 非线性结构分析  57-58
    4.2.2 弹塑性分析  58-59
    4.2.3 求解方法  59-61
  4.3 极限分析理论简介  61-64
    4.3.1 极限分析概念  61
    4.3.2 确定极限载荷的方法  61-62
    4.3.3 确定极限载荷的准则  62-64
  4.4 计算模型  64-74
    4.4.1 单元选取  66
    4.4.2 网格划分  66
    4.4.3 有限元模型  66-67
    4.4.4 结果对比分析  67-68
    4.4.5 参数化分析  68-74
  4.5 本章小结  74-75
第五章全文总结与研究展望  75-77
  5.1 全文总结  75
  5.2 创新点  75-76
  5.3 研究展望  76-77
参考文献  77-81
作者攻读学位期间完成的学术论文  81-82
致谢  82-83
附录  83-88

潜艇大开孔补强结构研究

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