经典案例

潜水器耐压壳的强度分析方法研究

发布于:2023-02-02 21:29

       潜水器在水下受到极大的深水压力,耐压壳结构必须符合强度要求,耐压壳的壳板及肋骨应力不超过许用应力。耐压壳内部装有电子部件、检测仪器、能源电池等,一旦耐压壳体出现结构破损,耐压舱室进水,将引发各电子仪器、电池的短路失控,甚至发生电机击穿导致整个电控系统毁灭以致潜水器丢失的恶性事故。因此,对潜水器耐压壳体进行结构应力强度分析,确保其具有足够的强度是潜水器设计中十分重要的一项任务。
       目前,用于潜水器耐压壳体应力分析主要有理论计算、规范校核及有限元计算三种方式,其中,理论计算与规范校核己经比较成熟,在实际工程中得到了大量的应用。近些年来,随着计算机的迅猛发展,大批有限元计算软件得到了很好的发展,常用的有限元分析软件有ANSYS,MSC.NASTRAN,ABAQUS等。采用ANSYS软件进行分析,在对耐压壳进行强度分析时,其过程基本上都是相似的,关键是有限元模型的建立和约束条件的处理。   
       建立有限元模型时主要考虑模型的规模和准确性,由于潜水器的尺寸相对比较大,如果全部使用实体单元,将使有限元模型的节点数过多,使计算机的工作量过大。文献在对潜水器耐压舱处理过程中考虑到圆柱壳的中面曲率半径远大于壳板厚度,提出用薄壳理论来分析环肋圆柱壳。网格划分时,采用壳单元对环肋圆柱壳及肋骨进行网格划分。都采取壳单元方式建立有限元模型,虽然可以比较准确地反映细节问题,但是不仅耗时费力,而且不利于后期的改进设计。因此,文献提出对于潜水器这种钢板和肋骨的焊接结构,易采用板梁结合的形式,壳单元和梁单元的组合结构可以大大减少节点数量并达到很好的计算效果,耐压壳模型化为壳单元,可以更真实地模拟壳体的受力情况;加强筋模型化为梁单元,可以方便以后的结构改进设计。因此这里也采取板梁组合的结构。   
       而对于约束条件的处理,文献在对长航程潜水器艇型设计及结构分析中,考虑到耐压壳体在安装到潜水器中时,两端需要用球型封头进行密封,并且要固定在承载框架上。因此,在对模型添加几何约束时,决定将耐压壳两端进行简支约束;文献在对加筋圆柱壳结构分析强度中对圆柱壳两端的边界条件,取为两端自由支持;考虑到潜水器在水下的实际受力情况,提出了一种新的约束方式,对耐压壳两端进行位移约束,并对小端侧面施加压力载荷。


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