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潛水器耐壓殼的強度分析方法研究

發布于:2020-09-27 21:29
強度分析

       潛水器在水下受到極大的深水壓力,耐壓殼結構必須符合強度要求,耐壓殼的殼板及肋骨應力不超過許用應力。耐壓殼內部裝有電子部件、檢測儀器、能源電池等,一旦耐壓殼體出現結構破損,耐壓艙室進水,將引發各電子儀器、電池的短路失控,甚至發生電機擊穿導致整個電控系統毀滅以致潛水器丟失的惡性事故。因此,對潛水器耐壓殼體進行結構應力強度分析,確保其具有足夠的強度是潛水器設計中十分重要的一項任務。
       目前,用于潛水器耐壓殼體應力分析主要有理論計算、規范校核及有限元計算三種方式,其中,理論計算與規范校核己經比較成熟,在實際工程中得到了大量的應用。近些年來,隨著計算機的迅猛發展,大批有限元計算軟件得到了很好的發展,常用的有限元分析軟件有ANSYS,MSC.NASTRAN,ABAQUS等。采用ANSYS軟件進行分析,在對耐壓殼進行強度分析時,其過程基本上都是相似的,關鍵是有限元模型的建立和約束條件的處理。   
       建立有限元模型時主要考慮模型的規模和準確性,由于潛水器的尺寸相對比較大,如果全部使用實體單元,將使有限元模型的節點數過多,使計算機的工作量過大。文獻在對潛水器耐壓艙處理過程中考慮到圓柱殼的中面曲率半徑遠大于殼板厚度,提出用薄殼理論來分析環肋圓柱殼。網格劃分時,采用殼單元對環肋圓柱殼及肋骨進行網格劃分。都采取殼單元方式建立有限元模型,雖然可以比較準確地反映細節問題,但是不僅耗時費力,而且不利于后期的改進設計。因此,文獻提出對于潛水器這種鋼板和肋骨的焊接結構,易采用板梁結合的形式,殼單元和梁單元的組合結構可以大大減少節點數量并達到很好的計算效果,耐壓殼模型化為殼單元,可以更真實地模擬殼體的受力情況;加強筋模型化為梁單元,可以方便以后的結構改進設計。因此這里也采取板梁組合的結構。   
       而對于約束條件的處理,文獻在對長航程潛水器艇型設計及結構分析中,考慮到耐壓殼體在安裝到潛水器中時,兩端需要用球型封頭進行密封,并且要固定在承載框架上。因此,在對模型添加幾何約束時,決定將耐壓殼兩端進行簡支約束;文獻在對加筋圓柱殼結構分析強度中對圓柱殼兩端的邊界條件,取為兩端自由支持;考慮到潛水器在水下的實際受力情況,提出了一種新的約束方式,對耐壓殼兩端進行位移約束,并對小端側面施加壓力載荷。


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