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球-环-柱组合壳结构的应力特性分析

熊景毅 刘勇 马建军

熊景毅, 刘勇, 马建军. 球-环-柱组合壳结构的应力特性分析[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(2): 92-99. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.012
引用本文: 熊景毅, 刘勇, 马建军. 球-环-柱组合壳结构的应力特性分析[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(2): 92-99. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.012
XIONG Jingyi, LIU Yong, MA Jianjun. Stress strength characteristics analysis of sphere-toroid-cylinder combined shell[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(2): 92-99. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.012
Citation: XIONG Jingyi, LIU Yong, MA Jianjun. Stress strength characteristics analysis of sphere-toroid-cylinder combined shell[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(2): 92-99. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.012

球-环-柱组合壳结构的应力特性分析

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.012
详细信息
    作者简介:

    熊景毅, 男, 1991年生, 硕士生

    通信作者:

    刘勇 (通信作者), 男, 1974年生, 硕士, 高级工程师

  • 中图分类号: U661.43;U663.1

Stress strength characteristics analysis of sphere-toroid-cylinder combined shell

知识共享许可协议
球-环-柱组合壳结构的应力特性分析熊景毅,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  球面舱壁以其较高的容重比和材料利用率等优点被广泛应用于大潜深潜器中,球-环-柱组合型式的球面舱壁结构形式简单,力学性能清晰,建造工艺难度相对较低,具有较好的工程适用性。为了研究球-环-柱组合型式的球面舱壁结构在均匀外压下的应力强度特性,  方法  结合壳体控制方程,建立适用于球面舱壁结构强度计算的Riccati传递矩阵法,在此基础上讨论球壳半径、过渡环半径、边界刚度等参数对球-环-柱球面舱壁结构强度的影响;结合工程应用,初步提出能表征球面舱壁几何形状和力学特性的扁平度概念,研究其对结构强度的影响作用,并给出扁平度的建议取值范围,在此范围内,环肋柱壳对球-环组合壳形成的力学约束可近似认为是简支约束。  结果  研究表明,当球-环-柱组合型式的球面舱壁结构的扁平度取值为0.5~0.6时,应力强度性能良好。  结论  所得结果可为球-环-柱结构设计提供参考。
  • 图  1  状态向量示意图

    Figure  1.  The sketch of state vector

    图  2  球—环—柱球面舱壁结构形式示意图

    Figure  2.  The sketch of sphere-toroid-cylinder spherical bulkhead

    图  3  中面环向应力分布图

    Figure  3.  Circumferential stress distribution at the mid thickness

    图  4  内表面纵向应力分布图

    Figure  4.  Longitudinal stress distribution on inner-surface

    图  5  外表面纵向应力分布图

    Figure  5.  Longitudinal stress distribution on outer-surface

    图  6  内表面Mises应力分布图

    Figure  6.  Mises stress distribution on inner-surface

    图  7  改变R时内表面纵向应力分布

    Figure  7.  Longitudinal stress distribution on inner-surface with R varying

    图  8  改变R时外表面纵向应力分布

    Figure  8.  Longitudinal stress distribution on outer-surface with R varying

    图  9  改变r时中面环向应力分布

    Figure  9.  Circumferential stress distribution at the mid thickness with r varying

    图  10  改变r时内表面纵向应力分布

    Figure  10.  Longitudinal stress distribution on inner-surface with r varying

    图  11  不同扁平度时球面舱壁形状图

    Figure  11.  The shape of spherical bulkhead with flatness varying

    图  12  扁平度变化时外表面纵向应力分布

    Figure  12.  Longitudinal stress distribution on outer-surface with flatness varying

    图  13  扁平度变化时内表面纵向应力分布

    Figure  13.  Longitudinal stress distribution on inner-surface with flatness varying

    图  14  扁平度变化时中面环向应力分布

    Figure  14.  Circumferential stress distribution at the mid thickness with flatness varying

    图  15  扁平度变化时纵向弯矩分布

    Figure  15.  Longitudinal bending moment distribution on outer-surface with flatness varying

    图  16  不同H下环壳外表面纵向应力最大值随扁平度的变化

    Figure  16.  Variation of longitudinal stress maximum on outer-surface of toroid with respect to flatness at different H

    图  17  不同H下球壳外表面纵向应力最大值随扁平度的变化

    Figure  17.  Variation of longitudinal stress maximum on outer-surface of spherical shell with respect to flatness at different H

    图  18  不同H下环壳内表面纵向应力最大值随扁平度的变化

    Figure  18.  Variation of longitudinal stress maximum on inner-surface of toroid with respect to flatness at different H

    图  19  不同H下环壳纵向弯矩最大值随扁平度的变化

    Figure  19.  Variation of longitudinal blending moment maximum on toroid with respect to flatness at different H

    图  20  球—环—柱组合壳结构变形

    Figure  20.  The deflection of sphere-toroid-cylinder combined shell

    图  21  柱—环连接处纵向弯矩近似为零(F=0.5)

    Figure  21.  The bending moment at the joint of cylinder and toroid is negligible (the flatness F is 0.5)

    表  1  球—环组合壳纵向应力最大值

    Table  1.   The maximum longitudinal stress on sphere-toroid combined shell

    肋骨距离l/mm 环壳内表面纵向应力最大值/MPa 球壳外表面纵向应力最大值/MPa
    50 -276.42 -214.04
    70 -276.04 -214.02
    90 -276.12 -213.96
    110 -276.65 -213.91
    130 -277.42 -213.88
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    表  2  球—环—柱组合壳与简支的球-环组合壳纵向应力值对比

    Table  2.   The comparison of longitudinal stress between sphere-toroid-cylinder combined shell and simply supported sphere-toroid combined shell

    扁平度 H=600 mm H=650 mm H=700 mm 最大误差/%
    σ max 1 σ max 2 σ max 1 σ max 2 σ max 1 σ max 2
    0.2 -475.9 -508.7 -261.7 -239.7 -410.8 -435.4 -234.5 -219.4 -354.3 -371.1 -210.6 -201.2 6.9
    0.3 -384.0 -421.9 -263.1 -259.8 -325.7 -348.4 -233.8 -232.6 -280.1 -289.2 -209.1 -208.9 9.9
    0.4 -315.6 -325.0 -263.0 -264.0 -264.0 -265.6 -231.8 -232.3 -224.5 -220.7 -205.7 -205.6 3.0
    0.5 -283.4 -281.8 -266.5 -266.6 -237.5 -235.7 -232.9 -232.5 -203.7 -202.3 -205.4 -204.7 0.8
    0.6 -285.3 -285.1 -279.4 -278.9 -240.1 -240.6 -242.2 -241.7 -206.0 -207.0 -212.2 -211.8 0.5
    0.7 -315.5 -316.3 -309.0 -308.8 -262.5 -263.4 -264.8 -264.8 -223.2 -224.0 -229.7 -230.0 0.4
    0.8 -384.3 -384.8 -374.5 -374.5 -313.0 -313.3 -315.4 -315.5 -260.0 -259.9 -268.1 -268.1 0.1
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  • [1] 许辑平.潜艇强度[M].北京:国防工业出版社, 1980.
    [2] 黄旎. 球-环-锥旋转组合壳强度和稳定性研究[D]. 北京: 中国舰船研究院, 2012.

    HUANG N. Strength and stability analyses for-sphere-toroid-cone rotational shells[D]. Beijing:Chi-na Ship Research and Development Academy, 2012(in Chinese).
    [3] 朱邦俊, 王丹, 万正权.端部球面舱壁应力近似解[J].船舶力学, 2011, 15(11):1255-1263. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CBLX201111011.htm

    ZHU B J, WANG D, WAN Z Q. An analytical solution for stresses of the end spherical bulkhead[J]. Journal of Ship Mechanics, 2011, 15(11):1255-1263(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CBLX201111011.htm
    [4] 黄旎, 夏飞, 杨宇华, 等.环-锥处折角对球-环-锥组合壳的影响[J].舰船科学技术, 2011, 33(10):25-28. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JCKX201110007.htm

    HUANG N, XIA F, YANG Y H, et al. A effect study on the curved angle in toroid-cone of the sphere-to-roid-cone combined shells[J]. Ship Science and Tech-nology, 2011, 33(10):25-28(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JCKX201110007.htm
    [5] 范名琦, 王永军, 刘鑫.潜艇端部舱壁结构分析[J].船舶力学, 2007, 11(4):594-599. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CBLX200704013.htm

    FAN M Q, WANG Y J, LIU X. Analysis of dome for submarine structure[J]. Journal of Ship Mechanics, 2007, 11(4):594-599(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CBLX200704013.htm
    [6] 任文敏, 余文斌, 刘文国.旋转壳类容器的强度及稳定性分析 (Ⅰ)[J].清华大学学报 (自然科学版), 1999, 39(8):121-124.

    REN W M, YU W B, LIU W G. Stress and stability analysis ofrevolution vessels (Ⅰ)[J]. Journal of Tsing-hua University (Science & Technology), 1999, 39(8):121-124(in Chinese).
    [7] 任文敏, 余文斌, 刘文国, 等.旋转壳类容器的强度及稳定性分析 (Ⅱ)[J].清华大学学报 (自然科学版), 1999, 39(8):125-127.

    REN W M, YU W B, LIU W G, et al. Stress and sta-bility analysis ofrevolution vessels (Ⅱ)[J]. Journal of Tsinghua University (Science & Technology), 1999, 39(8):125-127(in Chinese).
    [8] 白雪飞. Riccati传递矩阵法分析组合加肋旋转壳及等强度旋转壳的理论和应用[D]. 武汉: 海军工程大学, 2006.

    BAI X F. Analysis of the ring-stiffened combined shell of revolution by Riccatitransfer matrix method and the theory andapplications of the constant strength shell of revolution[D]. Wuhan:Naval University of Engineer-ing, 2006(in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-09-26
  • 网络出版日期:  2017-03-13
  • 刊出日期:  2017-04-01

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