【摘要】：深潛器的耐壓殼起著抵御深海水壓,庇護深潛器內(nèi)部操縱人員和機械器具安全的重要功能。本文考慮了生物界蛋殼的優(yōu)良特性,研究了一種蛋形耐壓殼體,采取現(xiàn)有的蛋殼數(shù)學模型,建立蛋形耐壓殼模型,對蛋殼形狀、蛋殼厚度、殼體內(nèi)部加筋體結(jié)構、殼體材料以及殼上開孔等因素對殼體穩(wěn)定性的影響進行了分析。主要內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)解析蛋形耐壓殼數(shù)學參數(shù),給出蛋形曲線圖和方程,推導蛋形殼經(jīng)向曲率半徑、緯向曲率半徑、蛋形系數(shù)、體積公式等運算方式,并給出蛋形耐壓殼的線彈性理論解公式;結(jié)合耐壓殼的設計因素和耐壓殼穩(wěn)定性失效與四種等體積常規(guī)殼型進行對比,蛋形耐壓殼的各項功用均較好,驗證了蛋形耐壓殼的設計可行性。(2)對金屬(各項同性)材料蛋形耐壓殼體進行特征值屈曲(線性)分析,參照常用球殼的體積(直徑為2m),建立金屬蛋殼模型,在不同殼體厚度下,蛋形耐壓殼體的屈曲臨界載荷的模擬值與理論解相差在15%以內(nèi),屈曲位置發(fā)生在蛋形耐壓殼體的腰部,理論值偏大;接著分析了在殼體內(nèi)部加筋的影響,結(jié)果表明加筋能夠有效提高殼體穩(wěn)定性,且相比于加縱向筋,環(huán)向筋的加載對穩(wěn)定性能提高更顯著,網(wǎng)格加強筋對殼體穩(wěn)定性的增強效果最好;通過正交試驗分析殼體厚度對蛋形耐壓殼體的穩(wěn)定性影響最大;其次是加筋方式,加環(huán)筋方式要比加縱筋方式影響大,但總體影響效果優(yōu)于加筋體厚度;對穩(wěn)定性影響最差的是加筋體厚度。(3)對復合材料含損傷蛋殼非線性屈曲進行了分析。提出動力顯式結(jié)合Hashin損傷失效準則的模擬方法,分析了不同蛋形系數(shù)下的殼體屈曲性能,結(jié)果表明蛋形結(jié)構不能過于細長,也不能過于矮胖,蛋形系數(shù)取0.7到0.8之間較好,蛋形結(jié)構的腰部承壓要優(yōu)于底部承壓;通過考慮材料損傷與否的對比,屈曲后具有材料損傷的殼體的位移載荷曲線更低,屈曲狀態(tài)也有所區(qū)別,而其臨界屈曲載荷差距無幾;通過分析復合材料的分布方式對殼體穩(wěn)定性影響,Gpl-epo和Fib-gpl-epo材料的X型分布優(yōu)于O型分布優(yōu)于A型分布優(yōu)于V型分布,且隨著殼體層數(shù)、最高層強度的增大越明顯;不同的碳纖維鋪層方向也有影響,[0/90]_(10S)的碳纖維鋪層方式屈曲性能最好,[90/0]_(10S)的碳纖維鋪層方式屈曲性能次之,[45/-45]_(10S)的碳纖維鋪層方式屈曲性能最差;對殼體頭部開孔(單孔)、頭部底部開孔(雙孔),以及開孔半徑對殼體穩(wěn)定性進行了分析,開孔會降低穩(wěn)定性,半徑越大降低越多,開孔半徑達到200mm時,單孔減小了9.34%,雙孔減小了14.47%,且通過減小蛋形系數(shù),為0.7時,雙孔的屈曲位置會由殼體底部轉(zhuǎn)移到腰部。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U674.941;U661.4

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本文編號：2781466