潜艇耐压壳稳定性失效的可靠性分析与优化

本文将可靠性理论和方法用于潜艇结构的分析及设计之中,导出了使用全概率法和近似概率法进行潜艇耐压壳体稳定性失效可靠性分析的基本公式和方法.在此基础上提出了可靠性优化设计的三种基本准则,对壳体进行了优化设计.计算结果表明本文的探索是成功的.     

几何约束下圆柱壳的屈曲优化设计

利用能量原理分析受均布法向荷载作用的轴对称变厚度圆柱壳的分支点屈曲。将求解屈曲临界荷载变成求解广义特征值方程，在满足强度约束和圆柱壳体积保持常数条件下、将圆柱壳的最大屈曲荷载设计转化为极大化最小特征值问题。     

弹性圆柱壳的振动优化设计

研究了在任意轴对称边界条件下的圆柱壳的自由振动优化设计问题 ,即寻求圆柱壳的最优厚度分布使自振基频极大化。利用半解析元方法分析轴对称变厚度圆柱壳的自由振动 ,将求解自振基频归为求解广义特征值方程 ,使圆柱壳振动优化设计成为极大化最小特征值问题。典型算例表明了本方法的有效性。     

基于三明治夹层约束阻尼结构的潜艇降噪

潜艇的传动设备在运行中形成振动,并借助潜艇的本体对水流场不断辐射,噪声扩散,因此研究人员往往通过控制潜艇振动问题从而减小整体的噪声。当下,在潜艇噪声的防控中,通常将艇体近似成圆柱壳。该论文重点分析了具有约束阻尼层的厚壳体,同时阐述了此类阻尼层对控制潜艇辐射声场的效果。本文首先基于模态应变能法对“三明治”厚圆柱壳结构中约束阻尼层材料的损耗因子、刚度以及阻尼层的厚度进行了参数分析,分析阻尼层参数对整体结构模态阻尼比的影响规律。以振级落差目标函数,对含有约束阻尼层的足够长度圆柱壳体展开了减振效果的设计,确定了相关圆柱壳结构的阻尼层参数优化值。最后,本文建立了实际潜艇的模型,分析了采用全金属壳结构和“三明治”约束阻尼壳体结构情况下的潜艇周边声场。分析结果表明,优化后的“三明治”约束阻尼壳体结构能够使得潜艇在水中的声压在 0-500HZ 范围中减小 15dB,在 500-2000HZ 范围内大概减小10dB。     

潜艇耐压壳疲劳寿命的断裂力学估算方法

本文应用断裂力学理论和方法研究潜艇耐压壳结构疲劳寿命问题;由疲劳裂纹扩展特性导出了潜艇耐压壳结构疲劳寿命的估算公式和方法.实例计算的结果表明本文的探索是成功的.     

不同边界条件下旋转薄壁圆柱壳的振动特性

为分析不同边界条件下旋转薄壁圆柱壳的振动特性,基于Love壳体理论,利用Hamilton原理建立了旋转薄壁圆柱壳的振动微分方程。并采用Galerkin方法对系统进行离散,将系统简化为常微分方程系统。引入振型函数,分别分析了简支-简支、固支-简支、自由-简支、固支-固支等几种不同边界条件下旋转薄壁圆柱壳的内力和固有频率特性。分析结果表明:薄壁圆柱壳的薄膜内力远大于弯曲内力;几何参数、边界条件、转速等参数对旋转薄壁圆柱壳的固有频率有重要影响。     

圆柱壳在热载荷作用下的非线性振动

在考虑温度对圆柱壳材料性能影响的基础上,采用伽辽金原理及改进的Ｌ－Ｐ法研究了圆柱壳在热载荷作用下的非线性振动,并讨论分析了温度,长径比,厚径比对圆柱壳固有热振动频率的影响。     

基于结构增抗技术的环肋圆柱壳声振特性

为提高潜艇舱段结构针对低频线谱频率的机械阻抗,基于结构增抗技术,通过在环肋处增加质量块形成阻抗增强构件,运用FEM／BEM法对结构修改前后环肋圆柱壳的声振特性进行了数值计算;讨论了附加质量块的大小和位置对结构修改后的辐射声功率的影响;分析了结构修改前后的模态辐射效率．研究表明：在靠近激励源的环肋上附加合适的质量块,能有效降低结构主导模态的辐射声功率;附加质量块的大小和位置对结构修正后的辐射声功率和模态辐射效率有重要影响．     

圆柱螺旋弹簧可靠性优化设计

首先分析了圆柱螺旋弹簧静强度和疲劳强度可靠性模型建立方法,推导了其可靠性计算的公式和应力强度的分布形式.其次为充分发挥零件材料的效能同时又要考虑到零件的可靠性指标,以圆柱螺旋弹簧的质量为优化的目标函数,利用机械可靠性设计和机械最优化设计方法,在弹簧常规约束和可靠性约束基础上,建立了可靠性优化设计计算模型.最后,结合优化工具和上述优化模型对具体实例进行了应用计算,并分析对比了可靠性优化设计和常规优化设计的结果,说明所提可靠性优化设计方法实用、可靠,能最大程度地满足设计要求.     

基于下潜超深风险的潜艇耐压船体结构设计方法

针对潜艇耐压船体结构在下潜过程中存在的下潜超深风险问题,探讨了基于风险的结构设计方法;提出了基于风险的结构设计思想.对下潜超深风险进行了定义,并依据个人、社会、经济以及环境对风险的态度,制定了基于风险的结构设计准则.采用极值I型分布分析计算了不同下潜超深的风险发生概率,结合基于风险的结构设计准则,建立了耐压船体的可靠性优化设计模型并进行计算,绘制了随着设计载荷增加耐压船体结构重量变化曲线,依据成本-效益准则对耐压船体结构的设计方案进行了决策.     

船体极限总纵强度可靠性分析

对船体极限总纵强度的研究作了简要回顾，通过对不确定性因素的研究，指时对船体极限总纵强度作可靠性研究是必要的。     

深潜器耐压壳极限强度的模量算法

通过引入承压球壳变形的对称性假设,将承受均匀外压球壳的理论表达简化为筒形板及弹性基础梁的数学模型.引入参数,将切线模量理论等多种模量理论统一表达,在材料应力应变曲线的基础上,得到模量因子曲线和相应的解析表达式.以切线模量理论和双模量理论为例,将2种模量理论应用于钛合金球壳的承载力计算,并将计算值与实验结果进行比较,得出模量理论在耐压壳极限强度计算问题上的有效性和适用范围,为深潜器的初步设计提供参考.     

基于径向基神经网络模型的耐压壳6σ设计

为了得到更可靠的潜水器耐压壳结构,考虑到材料性能和加工时结构尺寸误差的不确定性对结构性能的影响,将6σ设计的思想引入耐压壳优化设计.借助多学科优化平台iSIGHT,对耐压壳进行6σ分析的优化设计,得到优化且可靠的设计方案.为减少6σ优化设计中的计算代价,采用足够精确的径向基神经网络模型代替ANSYS仿真程序进行迭代.结果表明,在保证计算结果足够精确的前提下较大节省了计算时间.     

船体总纵极限强度的可靠性计算

进行船体总纵极限强度的可靠性计算包括４个方面：①失效模式;②总纵极限强度;③外载荷;④可靠性分析方法．采用基于条件期望技术和对偶变数技术的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法对船体进行总纵极限强度可靠性计算．实例计算表明了该方法的有效性和合理性     

不确定结构的区间可靠性优化设计

对不确定结构的区间可靠性进行了研究,建立了基于区间可靠性的优化设计模型.采用结合嵌套遗传算法和径向基函数神经网络的模型,进行区间的直接优化,解决了基于区间可靠性的优化设计求解问题,避免了间接模型的复杂转换过程.充分考虑了实际工程中设计向量存在扰动的情况,提出了该情况下目标函数波动的约束,使目标函数和约束函数在扰动下依然满足可靠性要求.通过数值算例验证了模型的有效性和优越性.将所提出的模型用于具有区间不确定参数的行车平板优化,结果表明了所提方法的可行性和工程有效性.     

船型参数的流体动力设计

本文提出一种综合考虑流体动力性能的船型平衡设计方法(BDM),即首先根据本文提出的综合指数R选择流体动力性能优良的母型船,然后利用正交设计方法优化母型船,以便得到满足设计要求的船型。同时给出了一个利用文中提供的设计方法完成的渔船优化设计实例。     

圆磨齿轮滚刀的优化造形法

本文提出了圆磨齿轮滚刀的优化造形法．该方法使圆磨滚刀的造形精度得到明显提高。改变了造形误差随滚刀模数、前角和螺旋升角的传统变化关系。为发展大模数、正前角、多头和小直径精切圆磨齿轮滚刀奠定了理论基础。