【摘要】： 信號(hào)浮標(biāo)多用于艦艇通訊、海洋環(huán)境檢測(cè)以及航標(biāo)領(lǐng)域，由于其使用的特殊性，在保證其結(jié)構(gòu)可靠性的前提下減小其重量顯得愈發(fā)重要。由相關(guān)文獻(xiàn)和國(guó)標(biāo)CB767-68知，目前國(guó)內(nèi)信號(hào)浮標(biāo)多采用壓力容器的常規(guī)方法設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)采用增大安全系數(shù)來(lái)保證結(jié)構(gòu)可靠性，設(shè)計(jì)的浮標(biāo)殼體有很大的裕度。本課題利用壓力容器分析設(shè)計(jì)方法和基于有限元方法的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行浮標(biāo)殼體的設(shè)計(jì)，具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。 本文首先分析了信號(hào)浮標(biāo)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)已知的部分參數(shù)，依據(jù)壓力容器分析設(shè)計(jì)方法對(duì)浮標(biāo)的基本構(gòu)件進(jìn)行了初始設(shè)計(jì)和校核，完成密封設(shè)計(jì)和浮標(biāo)模型建立；對(duì)簡(jiǎn)化后的浮標(biāo)殼體和法蘭進(jìn)行了有限元分析，找出殼體危險(xiǎn)的部位并進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；分析了浮標(biāo)殼體的承載能力，為后面殼體的優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性分析提供了依據(jù)。 然后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，依據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原理以浮標(biāo)重量最小為目標(biāo)建立了浮標(biāo)殼體的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，分別運(yùn)用數(shù)值迭代法和有限元法進(jìn)行了優(yōu)化求解。數(shù)值迭代法中分別利用了序列二次規(guī)劃法、微分進(jìn)化算法以及內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法進(jìn)行優(yōu)化求解，確定了錐體上加強(qiáng)圈的位置；有限元法中，建立了殼體的參數(shù)化模型，對(duì)封頭和錐體的厚度為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化求解；綜合分析兩種優(yōu)化結(jié)果并和初始設(shè)計(jì)做了比較分析，結(jié)果表明優(yōu)化設(shè)計(jì)改善了殼體上應(yīng)力集中，降低了殼體的重量。 最后對(duì)優(yōu)化補(bǔ)強(qiáng)后的浮標(biāo)殼體進(jìn)行了可靠性分析。分析了基于有限元方法進(jìn)行可靠性計(jì)算的思路，建立了浮標(biāo)殼體可靠性分析的APDL文件，使用蒙特卡洛拉丁超立方法進(jìn)行求解，分析了殼體結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)果和對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響較大的參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH122
【圖文】：

利用ANSYS的自動(dòng)劃分網(wǎng)格功能，共劃分了115816個(gè)SOLID92單元。浮標(biāo)殼體的有限元分網(wǎng)模型見(jiàn)圖3.3。圖3.3浮標(biāo)殼體的網(wǎng)格劃分 Fig.3.3GriddingPlottedofbuoy圖3.4浮標(biāo)殼體的約束和加載 Fig.3.4Restrietandloadedofbuoy3.3.4加載及約束條件浮標(biāo)殼體的總體坐標(biāo)系見(jiàn)圖3.4，Y軸為對(duì)稱軸。浮標(biāo)殼體外部全部受到3MPa的壓力作用。SOUD92單元有三個(gè)自由度，所以在添加約束時(shí)只考慮位移約束，不考慮旋轉(zhuǎn)約束。在壓力作用下浮標(biāo)內(nèi)筒體不發(fā)生位移上的變化，所以選取內(nèi)筒體下端面一點(diǎn)限制XYZ三個(gè)方向上的位移;在X一Y面上，由于殼體的對(duì)稱性限制垂直其的Z方向的位移;在z一Y面上，要限制垂直其的x方向的位移。施加完約束和載荷的殼體有限元模型如圖 3.4所示。

Fig.3.4Restrietandloadedofbuoy3.3.4加載及約束條件浮標(biāo)殼體的總體坐標(biāo)系見(jiàn)圖3.4，Y軸為對(duì)稱軸。浮標(biāo)殼體外部全部受到3MPa的壓力作用。SOUD92單元有三個(gè)自由度，所以在添加約束時(shí)只考慮位移約束，不考慮旋轉(zhuǎn)約束。在壓力作用下浮標(biāo)內(nèi)筒體不發(fā)生位移上的變化，所以選取內(nèi)筒體下端面一點(diǎn)限制XYZ三個(gè)方向上的位移;在X一Y面上，由于殼體的對(duì)稱性限制垂直其的Z方向的位移;在z一Y面上，要限制垂直其的x方向的位移。施加完約束和載荷的殼體有限元模型如圖 3.4所示。

筒連接處局部應(yīng)力較大，由圖可以看出，該處的局部應(yīng)力約為180MPa，為拉應(yīng)力;封頭中部，由于變形最大，在該處也產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，其值在‘62MPa左右，小于1.5!u」，所以說(shuō)封頭的設(shè)計(jì)厚度能滿足材料的強(qiáng)度要求。其他部分的應(yīng)力沿球面向兩側(cè)遞減，在和錐體鏈接處增大，其值在50MPa一looMPa之間，其應(yīng)力變化曲線見(jiàn)圖3.7。由a圖可以看出，錐體大端的應(yīng)力是這幾處局部應(yīng)力中最大的，該處的總應(yīng)力約為200一25OMPa。由b圖可知在錐體大端，其軸向應(yīng)力并不大，這是因?yàn)殄F體大端受外壓和封頭的壓力作用，會(huì)產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，其中封頭的變形使其產(chǎn)生的二次彎曲應(yīng)力最大，但其值小于3【。」，所以說(shuō)錐體大端的局部應(yīng)力也能滿足外壓容器的應(yīng)力限制。在錐體上，第二道加強(qiáng)圈處的應(yīng)力明顯減小，在第三和第四道加強(qiáng)圈間的應(yīng)力又有所增加，然后往錐體小端遞減，從應(yīng)力云圖還可以看出，除了大端由于變形較大受到的局部應(yīng)力較大外，其余部分的應(yīng)力都小于looMPa，所以浮標(biāo)的錐體滿足材料的強(qiáng)度要求，其應(yīng)力變化曲線見(jiàn)圖3.9。在下底座內(nèi)表面產(chǎn)生了較大的壓應(yīng)力，其值為ZooMPa左右。。�！�。�！�:。，八月月

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2764264