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管路系统静动态力学特性计算软件包开发

作　者: 邹建
导　师: 张涛
学　校: 华中科技大学
专　业: 水下工程
关键词: 管路系统有限单元法应力计算模态计算软件开发
分类号: U674.76
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 82次
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内容摘要

潜艇的管路系统正如人的血管系统,它维系着潜艇生命力,其重要性不言而喻。管路系统噪声问题也日益突出,但相关研究仍然不足。本文采用面向对象程序设计方法对复杂管路系统建模、采用有限元法对管路系统的强度和模态进行分析、并通过基于OpenGL的图形绘制技术对模型及结果进行显示。通过本文的研究,为潜艇管路系统抗冲击性能评估、优化设计及噪声评估软件包开发奠定基础。首先,将管路视为理想的空间连续梁结构,考虑流体、敷设层以及管道的重量,将阀门、法兰等管路设备视为具有重量的刚体,采用有限元方法分析管路,得到各管段单元节点的内力;然后通过梁理论计算管单元上最大弯曲应力、剪切应力以及扭转应力;接着考虑管路的内压,计算其轴线及周向应力,两者进行叠加得到管路的冷态应力;最后再计算管路的二次热应力。基于实际工程管路中应用的典型结构形式,本文建立了直管单元和锥形管单元进行有限元管路强度分析。其次,在静力分析的基础上,对管路及设备单元增加质量矩阵和阻尼矩阵,通过能量方法建立运动方程,用Lanczos方法计算出管路系统的低阶模态,并通过模态叠加法求出简谐载荷、冲击载荷下系统的动力响应。最后,在理论分析的基础上,使用Visual C++平台,完成管路系统静动态力学分析程序的开发;通过与通用有限元软件的计算结果对比,验证了程序的正确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 概述  9-10
  1.2 国内外研究概况  10-13
    1.2.1 常用数值方法介绍  10-13
    1.2.2 管路相关软件发展情况介绍  13
  1.3 本文研究工作的主要内容  13-14
2 管路静态应力计算  14-27
  2.1 空间管路的有限元分析  14-24
    2.1.1 直管单元  14-21
    2.1.2 锥形管单元  21-24
  2.2 管单元一次应力计算  24-25
    2.2.1 弯曲应力和剪力  24
    2.2.2 管内压产生的正应力和剪力  24-25
  2.3 管单元二次应力计算  25-27
3 管路系统振动计算  27-33
  3.1 质量矩阵和阻尼矩阵  27-29
    3.1.1 直管单元  27-28
    3.1.2 质量点单元  28
    3.1.3 约束处理  28-29
  3.2 自由振动方程求解  29
  3.3 简谐载荷下管路的动力响应  29-31
  3.4 冲击载荷下管路的动力响应  31-33
4 管路有限元程序开发  33-66
  4.1 软件开发环境  33-34
  4.2 程序设计的一些基本概念  34-35
  4.3 程序的构成  35-47
    4.3.1 GeomCalc.dll  35-36
    4.3.2 glCotext.dll  36-41
    4.3.3 GeomKernel.dll  41-45
    4.3.4 Matrix.dll  45-46
    4.3.5 PLAnalysis.exe  46-47
  4.4 空间管系静力计算程序  47-60
    4.4.1 静力计算模块说明  47-59
    4.4.2 小结  59-60
  4.5 空间管系振动计算程序  60-66
    4.5.1 振动计算模块说明  60-65
    4.5.2 小结  65-66
5 全文总结  66-67
  5.1 本文工作总结  66
  5.2 未来工作展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
附录1 攻读学位期间参与科研课题  72

管路系统静动态力学特性计算软件包开发

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