潜艇强度耐压船体的应力计算

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1、潜艇强度2耐压船体的应力计算2．1耐压船体结构概述22．1．1耐压船体横剖面形状22．1．2耐压船体纵剖面形状22．1．2．1直线形22．1．2．2直线局部扩大形22．1．2．3光顺曲线形22．1．3耐压船体的结构型式32．2圆柱壳的弯曲微分方程及其通解42．2．1基本概念和假设42．2．2受力分析52．2．3梁带的弯曲微分方程62．2．4微分方程的解72．3一般环肋圆柱壳的应力计算92．3．1边界条件92．3．2应力和位移计算112．3．2．1径向位移(挠度)122．3．2．2壳板横剖面上之正应力122．3．2．3板壳纵剖面上之正应力122．3．2．4肋骨横剖面上之

2、正应力122．3．3梁柱效应对壳应力计算的影响132．4带有中间支骨的圆柱壳应力计算182．4．1概述182．4．2弯曲微分方程及边界条件182．4．3确定积分常数202．4．4应力计算公式212．5无限长弹性基础梁的解在潜艇结构计算中的应用232．5．1无限长弹性基础梁在集中力作用下的弯曲232．5．2按无限长梁计算一般环肋圆柱壳的应力和挠度242．5．3计算特大肋骨应力272．5．4在平面舱壁的稳定性计算中，求作用在舱壁圆形周界上的外力282．5．5圆柱壳在特大肋骨处或舱壁处壳板横剖面上的最大应力292.6环肋圆锥壳的应力计算公式292．6．1环肋斜圆锥壳的应力计

3、算302．1耐压船体结构概述潜艇为了能在深水中航行、战斗，必须设有坚固的船体以承受巨大的深水压力。耐压船体的主要功能就在于承受深水压力，保证舱室内部人员和各种设备的正常工作。同时组成一个水密空间，给潜艇提供80％一85％的固定浮容积，为潜艇在水下维持重力等于浮力的平衡条件提供基础。为了保证耐压船体具有上述功能，就应该合理地选择其结构型式，使耐压船体具有足够的强度和稳定性。2．1．1耐压船体横剖面形状历史上耐压船体横剖面形状是多种多样，曾出现过圆形、椭圆形、矩形以及圆柱截剖体等形状。但从抵抗深水压力的观点来看，以圆形最为有利。因此圆形剖面的耐压船体从一开始就被广泛地采用

4、，并且一直沿用到今天。圆形剖面的耐压船体，其受力之所以最好，是因为它在均匀外压作用下只产生均匀收缩变形，这样壳板内部只有均匀压缩应力而无弯曲·应力，材料能得到充分利用，从而能做到结构重量轻、材料省。椭圆形、矩形等其它横剖面形状，由于它们不是一个纯圆，在深水压力作用下除了产生压缩应力外，还有弯曲应力，这样为了达到同样的强度，势必要增大结构的尺寸，增大船体重量。现代潜艇下潜深度日益加大，因此绝大多数潜艇的耐压船体横剖面采用圆形。但有时为了满足舱室设备布置的需要，也有采用圆形组合体“8”字形横剖面结构。其组合形状的型式是多种多样的。“8”字形结构在上下两圆相交处要承受巨大的

5、侧向力，为了保证其强度和紧密性，在相交处必须有专门的加强措施来保障，这给施工装配、焊接带来许多不便。此外，“8”字形的存在也影响了潜艇外形的光顺。因此这种横剖面的结构型式只能用于耐压船体的某一局部区域(如蓄电池舱、导弹舱等)而不可能用于整个耐压船体上。目前在潜艇的设计制造中，很少采用这种横剖面的结构型式。2．1．2耐压船体纵剖面形状耐压船体的纵剖面形状，一般有以下几种：2．1．2．1直线形在耐压船体中部采用平行柱体，艏艉两部分采用截头圆锥形，如图2—1(。)所示。现代潜艇由于下潜度增大，耐压船体壳板厚度增大，材料机械性能提高，再做成双曲率的壳体加工困难增大。特别是随着

6、潜艇排水量增大双舰体结构形式被广泛地采用，因此目前广泛地采用“直线形”耐压船体。2．1．2．2直线局部扩大形在某些情况下，为了布置上的需要，在圆柱体的局部长度上，采用扩大圆柱形或“旷字形。另外在艏艉部，还可能采用不同锥度的圆锥形组合，如图2—1(b)所示。2．1．2．3光顺曲线形在一些单舰体潜艇上，为了改善航海性能，常常采用更接近流线型的光顺曲线形状，如图2—l(c)所示，由于过去潜艇及现代一些小型潜艇下潜深度较小，壳板相对较薄，且纵向曲率变化不大，因此加工时容易做成曲线形。在结构设计与计算中，对曲线形耐压船体的某一舱室(段)，可以近似地按圆柱形或圆锥形壳计算。图2—

7、1耐比船体纵削面形状2．1．3耐压船体的结构型式如果耐压船体承受内均匀压力是不需要设置加强筋的，但是由于深水压力是外压力，为了有效地提高耐压船体在外水压力作用下的稳定性，必须在壳板上设置一系列横向加强筋。这些加强筋按其大小和作用的不同，分别称为耐压船体的肋骨、特大肋骨和中间支骨，如图2—2所示。图2—2耐压船体典型结构型式从结构力学的观点来看，潜艇耐压船体中部是以一系列横向加强筋加强的圆柱壳，其结构型式一般有以下两种：(1)在横舱壁之间设置一系列等间距同刚度的肋骨，如图2—3(a)所示。(2)在横舱壁之间除设置一系列等间距同刚度的肋骨外，在每一肋骨跨