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潜水器耐压壳结构稳定性分析与研究

靖海宏  
【摘要】:潜水器耐压壳的结构设计是人类开发潜水器的核心技术之一,而潜水器耐压壳的强度和稳定性又是其重中之重,在考虑其强度和稳定性时亦需考虑其弹塑性变形的影响。本文从潜水器耐压壳的国内外发展现状着手,主要分析了耐压壳的材料选择,结构设计,从各种形状的潜水器耐压壳的优劣状态选择并最终确定本文的300米潜深潜水器耐压壳的结构为圆柱形与半球形组合的形式。依据本文的结构设计,文中对圆柱形和球形耐压壳进行了应力及失效模式状态方程研究,并提出相应的极限状态方程。在此基础上本文利用有限元分析软件ANSYS分别对圆柱形耐压壳、半球形封头耐压壳以及其整体进行强度与稳定性分析研究,最后本文对前面四章提出总结并展望海洋技术新的研究论题。 在前三章的理论概述,本文从研究300米潜深的潜水器耐压壳着手,以结构动力屈曲为切入点,对潜水器耐压壳的非线性稳定性进行了分析研究。分别计算了加肋圆柱形耐压壳、球形耐压壳和其组合的耐压壳的强度和稳定性。计算表明,基于《GB 11632—89潜水器和水下装置耐压结构材料技术条件》的潜水器耐压壳的材料选择,以及基于《潜水系统和潜水器入级与建造规范》的潜水器耐压壳结构设计满足强度与稳定性要求。本文对潜水器耐压壳结构设计方面的一些特性进行了分析,包括耐压壳的材料选择及材料特性,结构设计及其设计依据,强度和稳定性失效模式研究。并且对该部分的研究作了总结归纳,一方面是为后面的计算分析作引导,另一方面为后续继续在该领域研究作参考引用提供依据。 后两章本文运用通用商业软件ANSYS对耐压壳强度和稳定性进行有限元分析并总结,有限元分析的主要特点是可以处理复杂的几何形状、载荷和约束状况,但屈曲(稳定性)有限元分析不像结构强度分析那样应用的非常广泛,这也是目前尚存在一些理论上的困难。


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