特种耐压结构强度与极限承载能力分析

摘要

由于实际工程中各种特殊要求，深潜器耐压壳体常常需要采用特殊的结构型式，目前国内外针对传统耐压结构强度与极限承载能力的研究已较为充分，而对于某些结构型式较为特殊的耐压壳体的研究还不足。本文基于ANSYS有限元分析软件对具有装配型和宽扁型两种特殊肋骨型式的耐压壳体进行了强度与极限承载能力分析，并对具有矩形大开口的耐压壳体进行了强度分析及结构改进。
　　首先针对具有装配型肋骨的耐压壳体，对比了其与传统加筋圆柱壳的强度特性，分析了其在不同载荷下的应力分布，以及肋骨与壳体之间的装配间隙对极限承载能力的影响，计算结果表明，具有装配型肋骨的耐压壳体，外载荷与结构应力之间存在非线性关系，装配间隙越小，极限承载能力越强。
　　其次，针对具有宽扁型肋骨的耐压壳体，分别采用体单元和壳、梁单元进行有限元模拟，分析了两种建模方式下结构强度及极限承载能力计算结果的差异性。经过对比得知，两种建模方式对其强度结果有一定的影响，而对极限承载能力的结果影响不大。
　　最后，本文针对带有矩形大开口的耐压结构进行了强度计算分析，提出并比较了三种降低开口处应力集中的加强方案，通过对比各方案的结果，可知增大肋骨尺寸与增加肋骨数量对提高结构强度与极限承载能力效果相对更为显著。另外，通过计算温盐深仪观测设备(CTD)与矩形大开口四种装配间隙尺寸条件下开口区域应力可知，由于受到CTD与外壳接触的影响，开口区域应力随围壁与CTD装配间隙增大而减小。
　　本文研究成果为具有特殊结构型式的深潜器耐压壳体结构设计与研究提供了参考。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文的主要研究内容

2 具有装配型肋骨的耐压壳体强度与极限承载能力分析

2.1 基于规范的加筋圆柱壳强度与极限承载能力计算方法

2.2 与传统加筋圆柱壳强度的对比

2.3 不同载荷下的应力分布

2.4 与传统加筋圆柱壳极限承载能力的对比

2.5 装配间隙尺寸对结构极限承载能力的影响

2.6 本章小结

3 具有宽扁型肋骨的耐压壳体强度与极限承载能力分析

3.1 具有宽扁型肋骨的耐压壳体强度分析

3.2 具有宽扁型肋骨的耐压壳体极限承载能力计算与分析

3.3 本章小结

4 具有大开口的耐压结构强度与极限承载能力分析

4.1 具有大开口的耐压结构强度分析

4.2 大开口区域结构改进

4.3 具有大开口的耐压结构极限承载能力计算与分析

4.4 CTD设备与大开口结构的装配间隙对结构强度的影响

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间参与科研课题

附录2 攻读学位期间发表论文