水下碰撞对耐压壳体极限承载能力的影响

发布时间：2021-07-23 08:35

　　极限承载能力是考察深海装备耐压壳体结构稳定性的重要标志。具有自航能力的深海装备在水下作业时,存在着水下碰撞的可能性。这种在高应力状态下的冲击作用会对耐压壳体的极限承载能力产生很大的影响。本文基于有限元软件建立2种常见耐压壳体水下碰撞的仿真模型,计算碰撞前后耐压壳体的失稳临界载荷,重点讨论了碰撞速度对结构塑性变形和剩余强度因子的影响,所得结果可以为水下碰撞失效模式判断和深海装备自航安全性保证提供借鉴。 

【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(13)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

碰撞后结构应力情况Fig.4Stresssituationofstructuresaftercollision

nofstructuresaftercollision图3碰撞后结构塑性变形情况Fig.3Plasticdeformationofstructuresaftercollision图4和图5为碰撞结束后球柱组合结构的应力和塑性变形情况。通过弧长法计算碰撞后的临界载荷为12.1MPa，剩余强度因子为0.35。后处理结果显示，工况9在碰撞结束后发生大变形破坏，结构无法保持整体完整。分析可知，球柱组合结构碰撞后的临界失稳载荷为12.1MPa，大于环境载荷10MPa，失稳不是结图4碰撞后结构应力情况Fig.4Stresssituationofstructuresaftercollision图5碰撞后结构塑性变形情况Fig.5Plasticdeformationofstructuresaftercollision·32·舰船科学技术第42卷

俣榷越?构塑性变形和剩余强度因子的影响。本文建立了研究水下碰撞对深海装备耐压壳体极限承载能力影响问题的思路和方法，所得结果可以为水下碰撞失效模式判断和深海装备自航安全性保证提供借鉴。1稳定性计算与水下碰撞模型28mm×210mm46mm×120mm本文选取2个最为典型的深海装备耐压壳体进行碰撞计算，如图1所示。模型1是厚度为42mm，半径为1.65m的耐压球壳。模型2为球柱组合结构，圆柱壳内部布置有周向T型环肋，T型环肋截面尺寸为，其余结构参数如表1所示。图1两种常见的耐压壳体结构Fig.1Twocommonpressureshellstructures表1球柱组合结构的主要参数Tab.1Mainparametersofspherical-columncompositestructure总长/m壳板厚度/mm半径/m肋骨数内肋骨间距/m舱总重/t13.7421.65250.454×1011耐压壳体结构为TC4钛合金材料，在进行特征值屈曲计算时，采用理想弹性体模型；进行非线性屈曲计算时，采用理想弹塑性模型；弹性模量为1.1Pa，泊松比为0.34。由于该模型的厚度半径比为0.025，属于薄壳结构，在建模时采用shell181单元，单元长度为50mm，沿厚度方向的积分点个数为5。对完善的球壳和球柱组合结构分别进行特征值屈曲和非线性屈曲分析，计算结果如表2所示。表2两种完善耐压壳体稳定性计算结果Tab.2Computationalresultsofstabilityoftwoperfectpressureshells耐压壳体计算方法临界载荷/MPa完善球壳特征值屈曲86.78非线性屈曲40.01完善的球柱组合结构特征值屈曲49.15非线性屈曲34.52水下碰撞过程是一个大变形和高应变率的冲击过程，因此在进行碰撞计算时，TC4钛合金材料使用能?

【参考文献】：
期刊论文
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[2]单/双壳体潜艇结构耐撞剩余强度特性研究[J]. 梅志远,李卓,吕岩松.  中国舰船研究. 2011(05)
[3]潜艇发生水下碰撞的可能性[J]. 许忠勇.  兵器知识. 2009(05)
[4]初始缺陷对不同深度载人潜水器耐压球壳极限承载力的影响[J]. 王自力,王仁华,俞铭华,李良碧.  中国造船. 2007(02)

硕士论文
[1]TC4钛合金力学性能测试及动态材料模型研究[D]. 陈敏.南京航空航天大学 2012



本文编号：3298955