潜艇长舱段结构强度和稳定性研究.pdf

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1、第33卷第8期2011年8月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．33，No．8Aug．，2011潜艇长舱段结构强度和稳定性研究何福志，马建军(武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430064)摘要：本文在消化吸收国内外潜艇长舱段结构强度和稳定性研究方法的基础上，总结出长舱段的总体失稳波形和计算方法，在此基础上应用有限元方法对长舱段结构强度和总体稳定性进行数值分析研究，揭示了长舱段结构的力学特性、结构强度和稳定性分布规律等。文中还根据总体失稳压力一框架肋骨惯性矩变化关系曲线搜索框架肋骨最优

2、截面刚度参数，为框架肋骨结构参数选取提供技术参考。关键词：长舱段；框架肋骨；总体稳定性；有限元法中图分类号：U663，U661．2文献标识码：A文章编号：1672—7649(2011)08—001l一05DoI：10．3404／j．issn．1672—7649．2011．08．003ResearchonthestructurestrengthandstabilityofsubmarinelongcompartmentsHEFu—zhi，MAJian-jun(WuhanSecondShipDesignandResea

3、rchInstitute，Wuhan430064，China)Abstract：Basedonabsorbingandanalyzingthemethodofcalculatingthestrengthandstabilityofsubmarinelongcompartments，thispapersummarizestheshapesofinstabilityanditstheorymethods．Accordingtothesetheory，thispaperperformsaseriesoffiniteele

4、mentanalysisonthestrengthandgeneralstabilityoflongcompartmentstoexposeitsmechanicalcharacteristicsandrules．Intermoftherelationshipeurvesofgeneralstability·inertiamomentofheavyframe，wecansearchouttheoptimumparametersoftheheavyframe．Theresultsandconclusionscanbe

5、referredbydesigners．Keywords：longcompartments；heavyframe；generalstability；finiteelementanalysis1概述长舱段通常是普通舱段的2—3倍，潜艇采用长舱段有利于总体、设备的合理布置，特别是大型设备模块的布置，具有空间利用率高、结构重量轻等优势，因此在潜艇上得到广泛应用，如美国的“鲟鱼”级核潜艇、“一角鲸”号核潜艇、“俄亥俄”级核潜艇等(图l一图2)。与短舱室相比，长舱段的总体稳定性问题比较突出。为了提高舱段的总体稳定性，通常需要

6、在舱段合适位置设置1—2根框架肋骨作为强支撑边界以提高舱段的总体失稳压力。由于框架肋骨的截面尺寸直接影响艇内设备、管路的布置(内置)或影响舷间管路布置、建造工艺及防腐等(外置)，因此，框架肋骨的结构参数特别是腹板高度需要尽可能优化设计。图1“鲟鱼”级核潜艇长舱段Fig．1Longcompartmentofsturgeonnuclearsubmarine图2“一角鲸”号核潜艇长舱段Fig．2Longcompartmentofnarwa]nuclearsubmarine收稿日期：2011—06—23作者简介：何福志(1

7、970一)。男，高级工程师，主要从事船舶结构分析与设计。·12·舰船科学技术第33卷本文主要采用有限元方法并结合现有的理论计算方法，对带有不同刚度框架肋骨的长舱段进行强度和稳定性对比分析，揭示长舱段结构的强度和稳定性特点，探索提高长舱段结构总体稳定性的有效措施，初步提出框架肋骨的刚度计算和临界刚度判别方法。2有限元模型、结构参数、载荷及边界条件为了保证计算精度和减少计算时间，在满足工程需要的前提下，尽可能选取典型区域作为研究对象，但需要充分考虑到边界的影响，以保证计算结果能正确反映长舱段的应力和变形情况。考虑到长舱

8、段结构的对称性并结合模型试验经验，可以选取1／2长舱段结构作为有限元模型进行计算分析。长舱段计算模型见图3。框誉肋骨普通肋骨墙舱壁图3长舱段计算模型示意图Fig．3Longcompartmentcalculationalmodel耐压船体壳板、内部舱壁、假隔壁、肋骨腹板、加强筋腹板均用壳单元，肋骨面板、加强筋面板用梁单元。网格精度可以通过成倍加密网格直到计算