藕节形耐压壳体强度与稳定性有限元分析_宋保维

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1、第30卷第2期计算机仿真2013年2月文章编号:1006－9348(2013)02－0038－04藕节形耐压壳体强度与稳定性有限元分析宋保维，成鹏飞，曹永辉，朱信尧(西北工业大学航海学院，陕西西安710072)摘要:研究无人水下航行器壳体强度优化问题，由于随着下潜深度的增加，水下航行器受到的压力不断增大，传统水下航行器采用的壳体结构已不能满足强度要求。藕节形耐压壳体则结合了球形壳体和圆柱形壳体的优点，弥补了传统耐压壳体结构的不足。针对藕节形耐压壳体强度设计，利用有限元软件对不同厚度、不同切弧角下的强度和稳定性进行了分析，给出了最大应力和稳定性系数随

2、厚度和切弧角的变化规律并分析了其原因，为大深度水下航行器的壳体结构设计提供了一定的参考依据。关键词:水下航行器;耐压壳体;强度;稳定性中图分类号:TP391.9文献标识码:AStrengthandStabilityStudyofMultipleIntersectingSpheresforPressureHullSONGBao－wei，CHENGPeng－fei，CAOyong－hui，ZHUxin－yao(CollegeofMarineEngineering，NorthwesternPolytechniqueUniversity，Xi'anShan

3、xi710072，China)ABSTRACT:Withtheincreaseofdeepnessforunmannedunderwatervehicle(UUV)，thetraditionalpressurehullcannotmeettherequestsofmission．Multipleintersectingspherespressurehullhastheadvantageofbothsphereandcolumnforms，beinganoffsetagainstthedeficiencyoftraditionalhull．Thest

4、rengthandstabilityofthispressurehullwasanalyzed，inviewofthechangesofthicknessandtangentarcangel，usingthemethodofFiniteElementAnaly-sis，andthereasonforthesechanges，theseresultsmayprovidesomereferenceforthepressurehulldesigners．KEYWORDS:Underwatervehicle;Pressurehull;Strength;St

5、ability究了多球壳连接的大深度潜水器耐压壳体的优化设计问1引言［3］题。伍莉提出了切弧连接的新型藕节型耐压壳体，但其研近年来随着无人水下航行器(UUV)在军事和商业领域究内容属于深潜器的厚壳范围，并不适合大深度水下航行器的广泛应用，普通水下航行器的航行深度(500m以内)已经的薄壳［4－5］。本文以某型号水下航行器壳体结构尺寸为基不能满足常规的任务需求。未来水下航行器则朝着更深、更础，通过改变厚度、切弧角，对壳体强度和屈曲系数进行了数［1］远、更时长的方向发展，我国也适时提出了发展大深度水值仿真分析。下航行器的发展策略。随着航行器航行深度的增

6、加，首先要解决航行器的耐压壳体问题，壳体承压能力和承载力(浮力2理论计算［2］与重力比)是壳体研究的主要研究目标。传统的水下航行由于切弧形耐压壳体属于新型的壳体结构，至今还没有器以球柱锥组合型壳体为主，这种耐压壳体随着下潜深度的成熟的理论计算方法。多个球壳藕节时，中间球壳可以简化增大，承载能力已经不能满足需求。从几何角度看，球形壳为开孔球壳进行分析，但由于切弧处曲率变化较大，分析较体是最佳的承压形式，但是球壳的内部空间小，空间利用率为复杂。文献［3］给出了圆环藕节的球壳应力和稳定性计算没有圆柱形高，结合两者的优点，提出了藕节形耐压壳体新方法，联接结

7、构虽不是切弧形，但都为球壳藕节，其中的计算的结构形式。LiangCho－Chung采用EIPF和DFP方法，研方法具有一定的参考价值。其中静水压力下耐压球壳的基金项目:国家高新技术研究发展计划(863计划)支持应变(2011AA09104)，西北工业大学翱翔之星计划支持(11GH0317)2PRsinαδs=(1－μs)(1)收稿日期:2012－05－11修回日期:2012－05－302tEs—38—球壳的应力表1铝合金材料参数PR名称参数σs=(2)2tYoung'sModulus7.10E+10Pa局部稳定的临界压力Poisson'sRatio

8、0.3370°－αPcrL=[1－0．175(20°)]×TensileYieldStrength4.5E+08Pa2co