基于组合优化算法的碟形水下滑翔机结构优化

圆碟形水下滑翔机的耐压壳体重量大小直接影响其整体性能。为解决只采用一种优化方法进行耐压壳体结构优化设计,很难得到真正的全局最优解的问题。首先,分别采用单目标优化、多目标优化方法进行碟形水下滑翔机结构优化方案设计。然后,设计全局探索型优化算法和数值型优化算法相结合的组合优化算法,对圆碟形水下滑翔机的耐压壳体进行优化设计;并与采用单独优化算法的优化设计结果进行比较分析。结果表明:MIGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地单目标优化效果;AMGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地多目标优化效果。     

蜂窝结构圆柱壳体模态密度

本文对蜂窝结构圆柱壳体模态密度进行了理论和试验研究,建立了蜂窝结构圆柱壳体模态密度的计算公式,根据等效圆柱壳概念,该公式可用于计算蜂窝结构圆锥壳体的模态密度,理论计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

弹性连续介质中有限长环向加肋圆柱壳的振动特性

基于Flugge薄壳理论,利用环向加肋圆柱壳中力与壳体中面位移关系,运用波传播理论考虑有限长圆柱壳两端边界条件,得到环向加肋圆柱壳结构的运动控制方程;再基于Navier-Stokes波动理论建立圆柱壳周围无限弹性连续介质的运动方程。在此基础上,通过接触面连续条件与Flugge薄壳理论基本条件,建立基于弹性介质与环向加肋圆柱壳结构耦合作用下的圆柱壳振动控制方程,从而得到弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的自振特性参数。通过真空中普通圆柱壳、弹性介质中普通圆柱壳、真空中环向加肋圆柱壳以及弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的振动特性分析,同时结合三维有限元仿真分析,验证了本文理论方法的正确性,研究成果可为地下管道等相关结构的抗震设计及无损检测提供理论指导。     

弹性连续介质中有限长环向加肋圆柱壳的振动特性分析

基于Flugge薄壳理论,利用环向加肋圆柱壳中力与壳体中面位移关系,运用波传播理论考虑有限长圆柱壳两端边界条件,得到环向加肋圆柱壳结构的运动控制方程。再基于Navier-Stokes波动理论建立圆柱壳周围无限弹性连续介质的运动方程,在此基础上,通过接触面连续条件与Flugge薄壳理论基本条件,建立基于弹性介质与环向加肋圆柱壳结构耦合作用下的圆柱壳振动控制方程,从而得到弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的自振特性参数。通过真空中普通圆柱壳、弹性介质中普通圆柱壳、真空中环向加肋圆柱壳以及弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的振动特性分析,同时结合三维有限元仿真分析,验证了本文理论方法的正确性,研究成果可为地下管道等相关结构的抗震设计及无损检测提供理论指导。     

承压结构极限载荷的切线模量因子法表达研究

基于反映材料应力应变关系的衍生比例定律,建立多种船用金属材料应力应变曲线的切线模量因子法表达式,可以发现材料间存在的相似性规律.使用切线模量因子方法还可以对船舶与海洋工程中常用的压杆、受压板、加筋板、圆柱壳等承压结构的相关实验数据、规范表达和经验公式进行统一表达、整理和分析.这些应用表明:将强度稳定综合理论思想及其衍生比例定律应用到工程上的许多承压结构中,会给理论分析和实验研究带来很大的方便,有利于改进处理实验数据的方法、指导实验和改进应用计算.     

敷设空腔覆盖层的水下弹性球壳散射特性研究

为提高水下结构的隐身性,研究覆盖层物理参数对结构散射特性的影响。利用有限元软件COMSOL对水下弹性球进行仿真,获得目标强度的数值解,仿真数值解与理论解基本一致,最大误差为0.3 dB,验证了该方法可用于计算水下球形结构的声散射特性。通过对弹性球壳敷设覆盖层前后的目标强度进行仿真,表明敷设空腔覆盖层能有效降低球壳的目标强度。进一步讨论覆盖层材料参数和空腔结构变化对弹性球壳声散射特性的影响,结果表明:空腔比、覆盖层厚度和损耗因子越大,目标强度越小;与圆柱、圆台空腔相比,圆锥空腔的目标强度最低。在一定范围内,空腔覆盖层的物理参数越大,结构的目标强度越小,吸声性能越好,隐身性越强。     

力激励与声激励作用下圆柱壳声振性能试验

以单、双层环肋圆柱壳为对象,通过模型试验分析圆柱壳内部介质与壳体的耦合对壳体声振性能的影响,进而对比分析力激励与声激励下,壳体振动与声辐射的关系以及单、双壳的声振性能.结果表明:当圆柱壳内部介质为空气时,声激励作用下声腔模态与结构模态耦合与否对壳体振动以及内部声场的影响很小;当壳体受力激励作用时,外场声辐射与壳体结构模态有关,当壳体受声激励作用时,外场声辐射与壳体结构模态、声腔模态有关;双壳的外壳对力激励和声激励时的振动与声辐射均起到屏蔽作用.     

变厚度圆柱壳轴对称弯曲问题的状态空间法

以圆柱壳轴对称弯曲问题传统的求解方法为基础,引进状态变量,将控制微分方程转化为一阶微分方程组,建立了圆柱壳轴对称弯曲问题的状态空间方程.其系统矩阵具有辛矩阵的特性,可用精细积分法求该问题的高精度数值解.该方法还可方便地推广应用于弹性地基中的圆柱壳的轴对称弯曲问题,以及变厚度圆柱壳的轴对称弯曲问题;计算方法具有简捷、统一的特点,具有一定的应用价值.     

敷设空腔覆盖层的水下弹性球壳散射特性

研究敷设空腔覆盖层的水下弹性球壳声散射特性对探测和识别水下目标具有重要意义。利用 COMSOL有限元软件对水下弹性球进行仿真,获得目标强度的数值解,通过与理论解对比验证了该方法可用于计算水下球形结构的声散射特性。通过对弹性球壳敷设覆盖层前后的目标强度进行仿真,对比结果指出敷设空腔覆盖层能有效降低球壳的目标强度。进一步讨论覆盖层材料参数和空腔结构变化对弹性球壳声散射特性的影响,结果表明：空腔比、覆盖层厚度和损耗因子值越大,目标强度越小;与圆柱、圆台空腔相比,圆锥空腔的目标强度最低。     

单壳体潜艇球柱组合壳结构强度特性研究

针对单壳体潜艇的球柱组合壳结构的强度特性,分别采用无矩和有矩理论建立了结构构件的力学模 型,推导了结构位移和转角的精确解.结合连接处的变形协调条件,给出了组合壳结构连接处的位移和转角公式.通过实例计算,分析了各项结构参数变化对组合壳强度的影响,结果表明:组合壳结构中的轴向力是诱导结构变形的主要因素,在连接处附件结构将产生两个变形拐点,其中近柱壳拐点为危险点.     

承压叠层圆柱的弹性分析

基于弹性理论,对轴向压力作用下的、由不同材料于径向方向上叠合而成的叠层圆柱的受力全过程进行力学分析,以研究轴向荷载作用下圆柱任意位置的应力值和应变值.考虑了三向应力的作用,分别求得每一叠层的弹性力学解,然后通过层间变形协调关系,建立了叠层圆柱从内叠层内边界到外叠层外边界间的递推关系,最后通过内外边界条件可对叠层圆柱内任意点的应力和应变进行求解.以3种不同形式的叠层承压圆柱为例,运用上述理论,对其弹性阶段的承载力进行了分析,该理论由于考虑了不同叠层泊松比所引起的叠层间挤压应力的影响,因而理论计算与有限元吻合很好.     

环肋圆柱壳在均匀静水外压力下的弹塑性失稳

本文分为三部分。第一部分：对环肋圆柱壳在均匀静水外压力下的弹塑性失稳理论中的几个主要问题进行了讨论。第二部分：用塑性力学的形变理论和增量理论对各向同性硬化材料（同时考虑了材料的可压缩性影响）,在 Ｓｈａｎｌｅｙ的继续加载的提法下推导得出（１）环肋圆柱壳的肋间壳板弹塑性失稳的临界载荷公式,（２）环肋圆柱壳总体弹塑性失稳的临界载荷公式,（３）用大挠度分析方法推导得出具有初始缺陷的环肋圆柱壳的弹塑性总体失稳和肋间壳板弹塑性失稳的临界载荷公式。第三部分：报导了六个金属车制环肋圆柱壳模型在静水外压力下失稳的实验情况。实验结果与本文所提供的理论公式的预测结果进行了比较和讨论。     

基于数据驱动的水下滑翔机生物污损监测方法

以我国自主研发的“海燕-L”水下滑翔机为研究对象，针对其长时间运行过程中出现的生物污损问题，提出了一种基于数据驱动的水下滑翔机生物污损监测方法，以指导试验过程中控制参数制定与任务规划．首先，通过动力学模型仿真分析，研究了生物污损对水下滑翔机单剖面运行时间的影响．然后，根据动力学分析结果，结合岸基操控条件以及水下滑翔机的通信方式，提出了一种生物污损监测方法：基于机器学习方法，利用水下滑翔机未发生生物污损时的关键数据，建立单剖面运行时间预测模型；对试验过程中水下滑翔机的单剖面运行时间进行预测，并监测其预测偏差；利用所建立的阻力系数与预测偏差的关系式，预测生物污损引起的阻力变化．最后，通过海上试验验证了所提出方法的正确性与有效性．试验结果显示，单剖面运行时间预测偏差与阻力系数均可以反映水下滑翔机的生物污损程度．当水下滑翔机正常运行时，所提出的方法对其阻力系数的最大预测误差仅为2%，可以实现对生物污损程度的准确监测．该方法只需要使用水下滑翔机运行过程中的部分关键数据，即可快速获取其性能变化，极大提高了监测效率，可以为“海燕-L”的实际海上应用提供支持．同时，该方法也可以为其他类型水下滑翔机的性...     

基于辐射噪声线谱削峰的双层加肋圆柱壳结构声学设计

为降低水下航行器辐射噪声线谱,提出了一种弱辐射双层加肋圆柱壳结构. 采用机械阻抗理论分析了环肋圆柱壳模态响应幅值控制机理;引入圆截面内运动假设,利用模态展开法推导了环肋径向机械阻抗表达式;基于阻抗失配、波形转换原理,设计了阻抗加强环肋模型,并利用波动理论分析了其隔振性能;考虑壳间托板的强耦合作用,对托板进行了阻波设计. 将阻抗增强肋骨和复合阻波托板联合应用到双层壳结构声学设计中,数值分析了设计前后双层壳振动与声辐射性能. 结果表明:提出的新型双层加肋圆柱壳能有效实现辐射噪声线谱削峰,振动均方速度、辐射声功率和辐射声压大幅降低,具有显著的减振降噪效果.      

弹性模量比对正交各向异性承压锥壳大端应力的影响

使用各向异性薄壳理论对承压锥壳大端进行了力学分析,获得了锥壳大端连接处的剪力、弯矩及应力解,计算了弹性模量比对结构连接处的剪力、弯矩以及沿筒体纵向应力分布的影响。与各向同性的结果对比表明,弹性模量比对结构应力影响显著。研究结果为正交各向异性承压锥壳设计提供了参考。     

含局部预应力的圆柱壳结构声辐射特性分析

以圆柱壳结构-声辐射特性为研究对象,分析了局部预应力对结构动力学特性的影响.基于Flügge圆柱壳薄壳理论,建立了含局部预应力的圆柱壳结构应力-应变方程,应用变分原理推导了含局部预应力的圆柱壳结构动力响应方程.结合结构有限元和声边界元法,对圆柱壳结构的声辐射问题进行数值分析,对比了预应力对声辐射功率和声指向性的影响.结果表明,由于局部预应力的存在,使得结构的局部和总体刚度都发生变化,并引起结构声振特性的变化.     

两端简支带开孔蜂窝圆柱壳横向振动的基频

建立了两端简支带开孔的蜂窝夹层结构圆柱壳和截锥壳横向振动基频的分析计算近似公式。经验证,分析与实验是相符的。     

具有环形平板封头加筋圆柱壳的强度分析

讨论一类特殊工程结构——具有环形平板封头加筋圆柱壳的强度问题.利用解析法导出均布荷重、内缘分布力与外缘分布弯矩同时作用时环形板的弯曲公式;使用迁移矩阵法求解承受均布压力、边缘分布弯矩及分布力作用下的加筋圆柱壳.利用边缘处变形协调条件建立方程组,解出各有关状态变量.在此基础上进行了大量的数值分析,得出了一些可供工程设计参考的结论.     

轻质点阵夹层圆柱壳的设计与分析

目前,蜂窝夹层和泡沫夹层的圆柱壳比较常见,而具有更高比刚度和比强度的拉伸主导型点阵材料的夹层圆柱壳却鲜有报道。该文对点阵夹层圆柱壳的力学性能进行了研究,利用点阵材料的均质化等效理论,建立了点阵夹层圆柱壳的刚度模型和强度模型,并与有限元商业软件的计算结果进行了对比验证。结果表明,拉伸主导型点阵材料作为芯子的圆柱壳具有比传统蜂窝芯子圆柱壳更好的力学性能,相同承载能力下可实现减重25%以上。利用缠绕与二次固化成型工艺,制备了双蒙皮点阵夹层圆柱壳结构。试验表明,该结构的承载力和刚度比国外同等尺寸和重量的网格加筋圆柱壳提高了3倍以上。     

基于有限条模型圆柱壳动态响应及灵敏度分析

选取圆柱壳结构作为研究对象,针对圆柱壳结构特征,提出采用有限条法建立圆柱壳结构的动力学模型,基于该模型,采用模态叠加法计算其动态响应,运用双模态叠加法计算响应灵敏度,并对计算结果进行了相应的分析.