新型环肋耐压圆柱壳极限.doc
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新型环肋耐压圆柱壳极限,摘要潜艇结构是潜艇水下安全的基础。随着现代潜艇下潜深度的不断增大和各种特殊使用要求的不断提出，潜艇结构力学问题日益突出。耐压圆柱壳结构是潜艇的典型结构。本文的主要目的是研究耐压圆柱壳结构的极限承载能力。首先，通过ansys有限元软件对典型模型进行分析计算，探讨用有限元软件对耐压圆柱壳结构进行步骤和方法。先建立耐压圆柱壳...
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摘要
潜艇结构是潜艇水下安全的基础。随着现代潜艇下潜深度的不断增大和各种特殊使用要求的不断提出，潜艇结构力学问题日益突出。耐压圆柱壳结构是潜艇的典型结构。本文的主要目的是研究耐压圆柱壳结构的极限承载能力。
首先，通过ANSYS有限元软件对典型模型进行分析计算，探讨用有限元软件对耐压圆柱壳结构进行步骤和方法。先建立耐压圆柱壳模型，对其进行弹性特征值分析。通过特征值分析，可以得到其弹性屈曲值。同时提取弹性屈曲一阶模态，以一定的缺陷幅值施加到原模型中，从而形成具有初始缺陷的耐压圆柱壳模型。
通过已建立的三个典型高强度钢耐压圆柱壳模型进行弹塑性分析，分析得出模型的塑性极限承载能力，并与理论计算值进行比较。接着进行参数计算，对影响高强度耐压壳的因素进行了分析。
之后提出一种新型的高分子夹层耐压圆柱壳结构。建立与原高强度钢耐压圆柱壳模型同尺寸的夹层模型，通过有限元计算，比较高分子夹层耐压圆柱壳结构和传统耐压圆柱壳结构的极限承载能力差异。通过对比得出夹层结构的应用不会造成结构承载的降低。而且在达到一定夹层厚度下，夹层结构相对高强度钢结构的承载能力具有一定的优势。同时对夹层结构进行了一系列稳定性分析。
此外，通过对不同参数因子的对比计算，得出夹层结构在夹层厚度、肋骨尺寸及肋骨间距等因素影响下的极限承载能力变化规律。
关键词：耐压圆柱壳；极限承载能力；夹层
Abstract
The structure of submarine is the basic of the underwater working safety. The structure mechanical research of submarine has been focused much more as the modern submarine deep submergence increasing and more using requirements being raised. Pressed cylindrical shell is the major structure of submarine. The main purpose of this paper is to research the ultimate bearing capacity of the structure.
Firstly the analysis of several typical models has been made by ANSYS. The approaches and methods are discussed which are used to analyze the pressed cylindrical shell structure. A finite element model is built to analyze the eigenvalue buckling. Through the analysis the elasticity inflection is found and used to upgrade the models as initial defects. Then the pressed cylindrical shell models are built with the initial defects.
Established by the three typical high-strength steel pressure plastic cylindrical shell model analysis of plastic limit analysis model obtained carrying capacity, and compared with the calculated value. Then through the parameter calculation, the influence of high-intensity pressure hull factors is analyzed.
Then it is advanced a new cylindrical shell structure which is made of high polymer sandwich panel. Finite models are established as the geometric parameters of the traditional high steel cylindrical shell models. Through finite element computation, comparison of limit bearing capacity difference is done between high polymer band pressure resistance cylindrical shell structure and traditional pressure resistance cylindrical shell structure. Comparing by calculation in ANSYS, the application of sandwich structure will not result in structural load reduction. In achieves under certain band thickness, the bearing capacity of sandwich structure comparing with that of traditional high strength steel structure has certain superiority. And also the buckling of the structure is analyzed.
In addition, by comparing the different parameters of factor calculated, the influence of the factors as variation of ultimate bearing capacity is researched. These factors include sandwich thickness, rib dimensions and spacing of the ribs.
Keywords: pressed cylinder shell; ultimate bearing capacity; Sandwich panel
目 录
摘要 I
Abstract I
第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究发展现状 3
1.2.1 圆柱壳理论 3
1.2.2 夹层理论 6
1.2.3 初始缺陷理论 8
1.3 主要研究内容和研究方法 9
第2章 耐压圆柱壳理论计算方法 11
2.1 基本概念和假设 11
2.2 受力分析 12
2.2.1 壳板强度 14
2.2.2 肋骨强度 15
2.3 稳定性分析 15
2.3.1 圆柱壳失稳的几种情况 15
2.3.2 稳定性公式 16
2.3.3 计及肋骨影响的耐压圆柱壳纵剖面的中面力 17
2.3.4 局部失稳和总体失稳的理论欧拉载荷 18
2.4 修正系数 19
2.4.1 几何修正系数 19
2.4.2 物理修正系数 20
2.5 小结 20
第3章 高强度钢圆柱壳有限元分析 22
3.1 引言 22
3.2 有限元方法简介 22
3.3 非线性问题概述 23
3.3.1 材料非线性 23
3.3.2 几何非线性 23
3.4 高强度钢耐压圆柱壳结构有限元分析 24
3.4.1 耐压圆柱壳结构有限元分析基本步骤 24
3.4.2 几何建模及网络划分 24
3.4.3 约束和载荷 27
3.4.4 初始缺陷的施加 27
3.4.5 子步数和施加的外部载荷值的选择 27
3.5 高强度钢耐压圆柱壳结构有限元计算分析 27
3.5.1 特征值屈曲分析 27
3.5.2 非线性屈曲计算 29
3.6 不同计算方法下塑性极限承载力的比较 31
3.6.1 计算方法简介 31
3.6.2 不同计算方法结果对比 32
3.7 小结 34
第4章 夹层结构在耐压圆柱壳结构中的应用 36
4.1 引言 36
4.2 夹层结构的构造 36
4.3 夹层板的力学特征 37
4.3.1 夹层理论 38
4.3.2 新型复合夹层板结构简介 39
4.4 夹层圆柱壳的基本方程 40
4.4.1 几何方程和协调方程 40
4.4.2 平衡方程和边界条件 42
4.5 夹层结构耐压圆柱壳模型的建立 43
4.5.1 材料和单元 44
4.5.2 网格划分 44
4.5.3 约束施加..
潜艇结构是潜艇水下安全的基础。随着现代潜艇下潜深度的不断增大和各种特殊使用要求的不断提出，潜艇结构力学问题日益突出。耐压圆柱壳结构是潜艇的典型结构。本文的主要目的是研究耐压圆柱壳结构的极限承载能力。
首先，通过ANSYS有限元软件对典型模型进行分析计算，探讨用有限元软件对耐压圆柱壳结构进行步骤和方法。先建立耐压圆柱壳模型，对其进行弹性特征值分析。通过特征值分析，可以得到其弹性屈曲值。同时提取弹性屈曲一阶模态，以一定的缺陷幅值施加到原模型中，从而形成具有初始缺陷的耐压圆柱壳模型。
通过已建立的三个典型高强度钢耐压圆柱壳模型进行弹塑性分析，分析得出模型的塑性极限承载能力，并与理论计算值进行比较。接着进行参数计算，对影响高强度耐压壳的因素进行了分析。
之后提出一种新型的高分子夹层耐压圆柱壳结构。建立与原高强度钢耐压圆柱壳模型同尺寸的夹层模型，通过有限元计算，比较高分子夹层耐压圆柱壳结构和传统耐压圆柱壳结构的极限承载能力差异。通过对比得出夹层结构的应用不会造成结构承载的降低。而且在达到一定夹层厚度下，夹层结构相对高强度钢结构的承载能力具有一定的优势。同时对夹层结构进行了一系列稳定性分析。
此外，通过对不同参数因子的对比计算，得出夹层结构在夹层厚度、肋骨尺寸及肋骨间距等因素影响下的极限承载能力变化规律。
关键词：耐压圆柱壳；极限承载能力；夹层
Abstract
The structure of submarine is the basic of the underwater working safety. The structure mechanical research of submarine has been focused much more as the modern submarine deep submergence increasing and more using requirements being raised. Pressed cylindrical shell is the major structure of submarine. The main purpose of this paper is to research the ultimate bearing capacity of the structure.
Firstly the analysis of several typical models has been made by ANSYS. The approaches and methods are discussed which are used to analyze the pressed cylindrical shell structure. A finite element model is built to analyze the eigenvalue buckling. Through the analysis the elasticity inflection is found and used to upgrade the models as initial defects. Then the pressed cylindrical shell models are built with the initial defects.
Established by the three typical high-strength steel pressure plastic cylindrical shell model analysis of plastic limit analysis model obtained carrying capacity, and compared with the calculated value. Then through the parameter calculation, the influence of high-intensity pressure hull factors is analyzed.
Then it is advanced a new cylindrical shell structure which is made of high polymer sandwich panel. Finite models are established as the geometric parameters of the traditional high steel cylindrical shell models. Through finite element computation, comparison of limit bearing capacity difference is done between high polymer band pressure resistance cylindrical shell structure and traditional pressure resistance cylindrical shell structure. Comparing by calculation in ANSYS, the application of sandwich structure will not result in structural load reduction. In achieves under certain band thickness, the bearing capacity of sandwich structure comparing with that of traditional high strength steel structure has certain superiority. And also the buckling of the structure is analyzed.
In addition, by comparing the different parameters of factor calculated, the influence of the factors as variation of ultimate bearing capacity is researched. These factors include sandwich thickness, rib dimensions and spacing of the ribs.
Keywords: pressed cylinder shell; ultimate bearing capacity; Sandwich panel
目 录
摘要 I
Abstract I
第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究发展现状 3
1.2.1 圆柱壳理论 3
1.2.2 夹层理论 6
1.2.3 初始缺陷理论 8
1.3 主要研究内容和研究方法 9
第2章 耐压圆柱壳理论计算方法 11
2.1 基本概念和假设 11
2.2 受力分析 12
2.2.1 壳板强度 14
2.2.2 肋骨强度 15
2.3 稳定性分析 15
2.3.1 圆柱壳失稳的几种情况 15
2.3.2 稳定性公式 16
2.3.3 计及肋骨影响的耐压圆柱壳纵剖面的中面力 17
2.3.4 局部失稳和总体失稳的理论欧拉载荷 18
2.4 修正系数 19
2.4.1 几何修正系数 19
2.4.2 物理修正系数 20
2.5 小结 20
第3章 高强度钢圆柱壳有限元分析 22
3.1 引言 22
3.2 有限元方法简介 22
3.3 非线性问题概述 23
3.3.1 材料非线性 23
3.3.2 几何非线性 23
3.4 高强度钢耐压圆柱壳结构有限元分析 24
3.4.1 耐压圆柱壳结构有限元分析基本步骤 24
3.4.2 几何建模及网络划分 24
3.4.3 约束和载荷 27
3.4.4 初始缺陷的施加 27
3.4.5 子步数和施加的外部载荷值的选择 27
3.5 高强度钢耐压圆柱壳结构有限元计算分析 27
3.5.1 特征值屈曲分析 27
3.5.2 非线性屈曲计算 29
3.6 不同计算方法下塑性极限承载力的比较 31
3.6.1 计算方法简介 31
3.6.2 不同计算方法结果对比 32
3.7 小结 34
第4章 夹层结构在耐压圆柱壳结构中的应用 36
4.1 引言 36
4.2 夹层结构的构造 36
4.3 夹层板的力学特征 37
4.3.1 夹层理论 38
4.3.2 新型复合夹层板结构简介 39
4.4 夹层圆柱壳的基本方程 40
4.4.1 几何方程和协调方程 40
4.4.2 平衡方程和边界条件 42
4.5 夹层结构耐压圆柱壳模型的建立 43
4.5.1 材料和单元 44
4.5.2 网格划分 44
4.5.3 约束施加..
