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微型观光潜艇壳体系统研究

作　者: 段延峰
导　师: 张旭
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 微型观光潜艇壳体系统外壳结构骨架结构吊环和支座结构
分类号: U674.76
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着旅游业的发展,水下旅游观光开始成为一个有前景的新领域。为了开发利用湖泊和近海等浅水区域的水资源,本研究提出了一种新型的以压缩空气为动力的微型观光潜艇。本文在对比分析国内外潜艇壳体系统研究的基础上,给出了微型观光潜艇壳体系统的总体方案,并具体设计了壳体系统的结构。壳体系统的研究主要包括以下几个方面：首先,根据功能要求设计了潜艇的外形,以外形为基础设计了外壳和骨架结构。通过理论计算确定了外壳的厚度,然后对外壳结构进行了强度校核。潜艇的骨架结构包括纬向环肋和经向肋骨两部分。对不同参数的骨架和外壳结构进行有限元分析,对比分析结果之后,确定纬向环肋的最佳剖面形状。潜艇的外壳和骨架之间通过螺栓连接起来,分析了不同螺栓间距下螺栓连接处的应力变化情况,确定了螺栓连接时的最佳间距。其次,设计了吊环和支座结构。根据实际起吊工况下的受力设计了吊环结构,并在最大拉力状态下对吊环结构进行了强度校核及以质量最小为目标的拓扑优化,减少了加工过程中的原料消耗。然后又参照深潜器结构设计了微型观光潜艇的支座结构,并对不同参数的支座结构进行了有限元分析,在对比了分析结果之后确定了最优的支座结构。最后,根据设计结果建立了潜艇整体壳体系统模型,并对实际工况下的壳体骨架结构的强度和刚度进行了有限元分析。分析是在考虑了骨架结构对内部仪器设备的支撑后,针对起吊和系固两种工况进行的。目前国内的微型观光潜艇开发方面仍处于起步阶段,因此本文设计的微型观光潜艇壳体系统具有十分重要的意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 观光潜艇研究现状  12-13
    1.2.1 国外观光潜艇研究现状  12
    1.2.2 国内观光潜艇研究现状  12-13
  1.3 观光潜艇壳体系统研究现状  13-17
    1.3.1 单壳体结构潜艇研究现状  13-14
    1.3.2 壳体结构潜艇研究现状  14-15
    1.3.3 单、双壳体结构潜艇对比  15-17
  1.4 课题研究内容  17-19
第2章壳体系统设计方案  19-30
  2.1 潜艇设计要求  19-21
    2.1.1 潜艇功能要求  19
    2.1.2 潜艇技术要求  19
    2.1.3 潜艇设计参数  19-21
  2.2 壳体系统方案选择  21-22
    2.2.1 加筋壳体结构  21
    2.2.2 立体框架结构  21-22
  2.3 艇型方案优选  22-25
    2.3.1 选用流线型艇体的依据  22-23
    2.3.2 四种艇型设计方案  23-24
    2.3.3 艇型方案选择  24-25
  2.4 艇体壳体系统总体方案  25-28
    2.4.1 潜艇外壳方案  25-26
    2.4.2 潜艇骨架方案  26-27
    2.4.3 潜艇外壳和骨架连接方案  27
    2.4.4 潜艇密封方案  27-28
  2.5 本章小结  28-30
第3章外壳结构设计  30-40
  3.1 外壳结构设计参数  30-31
  3.2 外壳结构设计计算  31-34
    3.2.1 作用在潜艇外壳上外载荷的量值  31-32
    3.2.2 外壳厚度计算  32-34
  3.3 外壳结构水下受力模拟  34-37
    3.3.1 平行舯体外壳受力模拟  34-36
    3.3.2 艏部和艉部外壳受力模拟  36-37
  3.4 艏部和艉部骨架结构分布  37-38
    3.4.1 艏部骨架结构分布  38
    3.4.2 艉部骨架结构分布  38
  3.5 本章小结  38-40
第4章骨架结构设计  40-60
  4.1 骨架结构设计方案  40-41
    4.1.1 骨架结构设计要求  40
    4.1.2 骨架结构设计思路  40-41
  4.2 平行舯体骨架结构设计  41-54
    4.2.1 纬向环肋形式及间距确定  41-44
    4.2.2 纬向环肋剖面面积计算  44-47
    4.2.3 不同剖面形状的纬向环肋对外壳的支撑性分析  47-53
    4.2.4 纬向环肋剖面形状优选  53-54
  4.3 艏部和艉部骨架结构设计  54-56
    4.3.1 艏部骨架结构设计  54-55
    4.3.2 艉部骨架架构设计  55-56
  4.4 螺栓最优间距确定  56-59
  4.5 本章小结  59-60
第5章吊环和支座结构设计  60-71
  5.1 吊环结构设计  60-62
    5.1.1 吊环受力分析  61-62
    5.1.2 吊环结构尺寸初步确定  62
  5.2 吊环结构强度分析  62-64
    5.2.1 吊环强度分析  62-63
    5.2.2 连接螺栓强度分析  63-64
  5.3 吊环结构拓扑优化  64-66
    5.3.1 拓扑优化法简介  64-65
    5.3.2 吊环结构拓扑优化模型  65-66
    5.3.3 吊环结构拓扑优化结果  66
  5.4 优化后吊环结构强度分析  66-68
  5.5 支座结构设计  68-70
    5.5.1 支座结构受力分析  68
    5.5.2 不同参数的支座结构有限元分析  68-70
  5.6 本章小结  70-71
第6章潜艇整体骨架结构分析  71-78
  6.1 潜艇整体模型  71-72
  6.2 潜艇内部仪器设备布置  72-73
  6.3 潜艇起吊工况下骨架结构有限元分析  73-75
    6.3.1 起吊工况下潜艇艇体边界条件  73
    6.3.2 起吊工况下骨架结构有限元模型  73-74
    6.3.3 起吊工况下骨架结构有限元计算结果分析  74-75
  6.4 潜艇系固工况下骨架结构有限元分析  75-77
    6.4.1 系固工况下潜艇艇体边界条件  75-76
    6.4.2 系固工况下骨架结构有限元模型  76
    6.4.3 系固工况下骨架结构有限元计算结果分析  76-77
  6.5 本章小结  77-78
结论  78-79
参考文献  79-83
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  83-84
致谢  84

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