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内波作用下组合壳体结构性能分析

崔逸琼  
【摘要】:海洋内波是由水体的分层结构(如密度稳定层化)而被诱发的一种重力波,其最大振幅出现在海洋内部,并同表面波一样起着重要的力学作用。 前人已有根据海洋内波建立起数学模型,以边界元方法为理论基础,得到了潜体在分层海模式中受到的作用力。本文根据这一结论分析发现,实际内波荷载在潜体表面上分布是不均匀的,同时它的大小亦会随着潜体距离密度跃层的远近而发生变化。本文采用内波频率ω= 0.08s?1 ,密度跃层位于距离海面50米处的内波模型。然后将潜体结构表面划分为480块面积,简化后只需分析潜体的八分之一,即在60块面积上作用不同的压力值,这为后续有限元分析实际内波下结构应力提供数据。之后再分别对距离跃层20米处,40米处的内波荷载进行分析处理。 在此基础上,本文利用力矩理论对组合壳体结构(球筒壳组合结构)在均匀外压力作用下的应力进行了理论分析。球筒壳组合结构作为潜体一种具有代表性的结构,会随着球壳圆心角度的改变而影响其连接边缘处的应力。本文分别对球壳半圆心角度从90°~50°选取了6种模型进行计算,发现由球壳出发计算所得结果与由筒壳出发计算所得结果基本相符。同时考虑到理论模型在连接边缘处的理想化处理与实际尚存在差别,故在理论公式的基础上进行第一次修正,得到一个半经验半理论公式。 然后利用有限元分析软件ANSYS对上述6种模型进行数值模拟计算。将得到的结果与半经验半理论解对比分析后,发现二者基本相符。经验证,该公式适用于均布荷载下球筒壳组合结构(半圆心角90°~50°)的边缘应力计算。 最后利用ANSYS软件来模拟计算实际内波荷载下结构边缘应力值,并与将内波平均荷载代入半理论半经验公式得出的结果进行对比分析,得到一个关于角度和深度的修正关系,对公式进行第二次修正。 计算分析发现,内波下组合壳体结构边缘应力的影响因素有三:第一,内波荷载本身的不均匀,即潜体组合壳划分后每块面积上压强不等;第二,结构表面的内波荷载随着潜深的变化而变化;第三,组合壳体边缘应力随圆心角度的改变而改变。本文试图通过两次修正,得到一个经验公式,并希望该公式可以便于工程技术人员在实际中应用。


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