潜艇耐压结构泵水和下潜状态应力分析.pdf

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1、第5卷第2期中国舰船研究V01．5No．2垫!Q笙兰旦曼婪旦望!!!坚翌堂堂量婪P垦!箜呈堡皇垒￡!：兰Q!Q潜艇耐压结构泵水和下潜状态应力分析孙光耀中国舰船研究设计中心．湖北武汉430064摘要：基于求解环肋柱壳的传统方法和有限元法．对潜艇耐压船体在受到内压和外压时应力状态进行了研究。根据传统理论和数值计算结果．对两种状态下的应力进行了详细的对比分析．可以得出受到内压状态时应力要小，并且随着设计潜深的加大两者的偏差也会加大。研究对正确理解泵水和下潜状态下应力之间的关系以及对潜艇结构设计都有重要意义．关键词：潜艇；耐压壳体；肋骨：应力分析中图分类号：U661．4文献标志码：A文章

2、编号：1673—3185(2010)02—37一05StressAnalysisoftheSubmarinePressureHullStructureUnderwaterTestandSubmergingConditionsSunGuang-yaoChinaShipDevelopmentandDesignCenter，Wuhan430064，ChinaAbstract：Byusingtheclassicalapproachofthering-stiffenedcylindricalsheUandfinite—elementmethod，stressesofasubmarinepr

3、essurehullstructureunderbothexternalandintemalpressurewereanalyzed．Byreferringtotheclassicaltheoryandnumericalcalculationresults，thestressesunderthetwoconditionswerecarefullycomparedandexaminedaccordingtotraditionaltheoryandnumericalre·suits．111estressundertheinternalpressureislowerthanthatun

4、dertheexternalpressureandthediffer-encebetweenthetwowillincreaseasthedesigndepthincreases．1hisprovidesfurtherunderstandingofthestressrelationbetweenthetwoloadingconditionsandvaluableadvicesonthedesignofsubmarinestructure．Keywords：submarine；pressurehull；rib；stressanalysis1引言潜艇在全船或者总段液压试验时需要进行应

5、变测量．其测量结果是否能够反映潜艇实际下潜至对应深度下的应力水平尚存在争议．在潜艇使用中和在船台进行液压试验时．艇体的受力状况是不同的⋯。潜艇在使用中受到外部的水压．而液压试验时受到的却是内部的水压。本文通过对耐压船体在液压试验和实际下潜时进行应力计算。研究上述两种状态下应力差异。潜艇在深水使用过程中．主要受深水压力作用。在深水压力作用下。耐压壳板和耐压肋骨的断面将要产生压缩应力[2】，在这种压力的作用下。可能产生肋骨间壳板的屈服、肋骨间壳板丧失稳定性或两支承隔壁间的壳板和肋骨同时丧失稳定性等形式的破坏⋯。在内压作用下不存在失稳破坏形式，即液压试验无法检验耐压艇体的稳定性⋯。由于

6、梁柱效应．潜艇耐压船体强度在承受内外压力时．其应力和变形存在一定的差异，图1所示为液压试验和实际使用时．耐压体上任一板条的受力情况[引。由图可见．艇体实际下潜时，纵向力和横向力迭加在一起．而在液压试验时，横向力的一部分被纵向力所抵消[6】。由此可粗略推断受同样大小的外压和内压的情况下．受外压时应力会比受内压时的应力大一些。但它们之间的差别究竟有多大。收稿日期：2009—06—04作者简介：孙光耀(1976一)，男，本科，高级工程师。研究方向：舰船结构。E-mail：sunguangyao@tom．conl中国舰船研究第5卷下面我们将进行探讨。(a)泵水试验时受力情况(b)使用过程

7、中受力情况图1潜艇在泵水试验和实际使用时受力情况比较2耐压船体结构的求解耐压圆柱壳体的变形可以截取单位宽度的梁带来研究，其力学模型㈦如图2所示。图2力字模型不葸I冬

8、2．1耐压圆柱壳体的微分方程的解壳板在静水压力P和纵向力TI的联合作用下，其弯曲的微分方程[9J为：砒”(石)一正∥(z)+万Et∞(戈)=p+piTI(1)根据参考文献[1]中的推导可得壳弯曲微分方程的通解to(x)：∞(x)：喾(1一o。瓤)+Cjch畔c。锹痧+∞halxsina2x(2)式中，常数C，、c4分