球形大深度潜水器耐压壳体优化设计

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1、万方数据第14卷第5期2010年5月船舶力学JoumalofShipMechanicsV01．14No．5May2010文：章编号：1007-7294(2010)05_0509—07球形大深度潜水器耐压壳体优化设计伍莉1，徐治平1，张涛2，刘土光2(1武汉市第二船舶设计研究所，武汉430064；2华中科技大学交通学院船海系，武汉430cr74)摘要：文章考虑材料非线性以及初始缺陷的影响，提出了球形缺陷厚壳的非线性稳定性计算公式，其理论结果与实验结果相符，同时文中采用有限元方法验证了该理论公式的正确性；采用理论公式，对缺陷幅值半径比在O．1％一O．5％之间、厚度半径比在5％一9％之间的一系

2、列球形大深度潜水器耐压壳体进行强度和稳定性分析；参考潜艇规范，对球形大深度潜水器耐压壳体进行了优化设计。关键词：大深度潜水器；耐压壳体；强度；稳定性；优化设计中图分类号：U674．94l文献标识码：AOptimumdesignofsphericaldeep—submergedpressurehull形U乜1，XU劢i叩i昭1，刁MⅣG‰2，￡彤弛删册91(1WuIl衄SecondShipDe8igIl锄dResearchIn8titute，Wuh觚430064，China；2CoⅡegeof7IhfficScience蛐dEnginee咖g，HuazllongUniv．ofsci．蛐dT

3、ech，Wuh锄430074，C量lina)Abstract：ConsideringtheefkctofmaterialnoIllinearityaIldinitialdenection，thef0珊ulaofnonJinearsta-bilityfor8phericalt}lickhuUs衍tllinitialdenectioni8propesed．7nletheoreticalresultisfourldt0beina-greementwitIltheexperimentresult，andtllecorrecmessofthi8fo咖ulaisalsovalidatedbytlle

4、finite—el-ementmethod．Thi8fo瑚ulaisusedtostudythestren昏handstability0faseriesofsphericaldeep—sub—mergedpressurehullswith厶ino．1％一o．5％and靠in5％～9％．Additionauy，referencingdeep—submerged印ecification，theoptimumde8ignforsphericaldeep—submergedpre8surehuUsi8c痂edout．Keywords：deep—subm撕ne；pressurehull；stI．e

5、n昏h；stability；optimumdesigll1引言鉴于深海开发研究和军事、商业需求，潜水器的设计逐渐向深度方向发展。近年来，有关大深度潜水器的研究工作开始被提上日程，并逐渐成为热点。大深度潜水器身处高压环境，其耐压壳体是保证潜水器和人员安全的关键部件，有关它的稳定性研究首先引起了部分学者的关注。刘涛川考虑材料非弹性影响，给出了潜水器耐压壳体稳定性的简易公式，其公式是针对圆柱壳，且没有考虑初始缺陷的影响。陆蓓【2】，李良碧【3】采用有限元方法，分析了潜水器耐压球壳的临界压力与几何参数之间的影响曲线。郑衍双【4】，李天匀嘲从理论上研究了以扁球壳代替球壳局部缺陷的稳定性问题，但其简

6、化的局部缺陷形式不能完全模拟实际结构的初始缺陷。王仁华16l采用有限元方法，研究了局部缺陷、弹性屈曲模态缺陷以及球壳整体圆度偏差对球壳结构的稳定性影响，仅计算了部分影响曲线，并没有形成统一规律。“angcho—chungf71采用EIPF(extendedinterior收稿日期：2009—07一13作者简介：伍莉(1982一)，女，武汉市第二船舶设计研究所工程师，E_】mail：h吣twuli@tom．com。万方数据510船舶力学第14卷第5期pe阻ltyfunction)和DFP(Davidon—netcher—Powell)方法，研究了多球壳连接的大深度潜水器耐压壳体的优化设计问

7、题。本文在前述学者的研究基础上，提出了球形缺陷厚壳的非线性稳定性计算公式，并采用理论公式对一系列缺陷幅值和厚度半径比下的球形耐压壳体进行了强度和稳定性分析，同时参考潜艇规范，对球形大深度潜水器耐压壳体进行了优化设计。2耐压球壳的强度理论大深度潜水器的工作深度一般在6‰以上的深海海域，其耐压壳体的厚度半径比均在5％以上，属于中厚壳范围，经典的薄壳理论已不能满足其强度和稳定性的计算要求。这里引入均匀静压力下封闭厚球壳的精确强度理论解嘲，