一种圆柱形环肋耐压壳极限承载能力相似模型的设计方法及系统,涉及圆柱形环肋耐压壳领域。解决了现有的耐压壳结构极限承载能力相似模型设计的问题。所述方法为:S1、确定耐压壳原型尺寸参数,建立耐压壳原型有限元模型;S2、定义圆柱形环肋耐压壳板格宽度的缩尺比与半径缩尺比及板厚缩尺比的关系;S3、计算圆柱环肋耐压壳壳板格宽度的缩尺比;S4、计算圆柱形环肋耐压壳几何长度的缩尺比等参数和缩尺模型环肋个数的关系;S5、基于S3和S4计算缩尺模型环肋个数;S6、确定圆柱环肋耐压壳缩尺模型的尺寸参数,并建立缩尺模型的有限元模型;S7、分别分析耐压壳原型和耐压壳缩尺模型的屈曲强度和极限强度,验证缩尺模型的准确性,完成对所述模型的设计。
背景技术
水下航行器是一种可用于水下侦察、水文测量及海洋科学研究等任务的现代新兴战略装备。耐压壳结构作为水下航行器在深海作业时的主要承载结构,其在极限水压作用下的安全性关乎整个装备系统能否顺利完成任务。耐压壳的极限承载能力决定了其能下潜的最大水深,影响着其自身安全和战略任务的执行程度。耐压壳结构下潜到较深水域后,在均布水压的作用下,耐压壳结构将经历材料的非线性以及几何的非线性。
为了评估耐压壳结构的极限承载能力,往往需要同步开展数值和试验研究,以准确获得耐压壳结构的极限下潜深度。考虑到进行实尺度耐压壳的极限承载能力试验所需要的经济成本较高、试验加载条件难以保障、试验测量困难,相比之下,进行缩尺模型试验是一种可靠且低成本的选择。因此,针对典型的环肋耐压壳结构,需要建立一种准确程度高、设计过程简便且适用范围广的相似模型设计方法,以开展相似模型试验代替全尺度模型试验,从而更准确有效地预报原型的极限承载能力。
专利文献公开号为CN118797825A中提出了一种基于夹芯复合结构的潜器轻外壳初始设计参数确定方法,该方法根据潜器的耐压壳结构确定各个夹芯复合板分片的安装位置和几何参数,然后分别构建每个夹芯复合板分片的隔声量和应力最大值与表皮面板的厚度以及芯材的厚度之间的隔声厚度关系式和应力厚度关系式;在隔声厚度关系式、应力厚度关系式和总厚度关系的约束下,可以确定使得每个夹芯复合板分片同时满足声学性能约束、力学性能约束以及厚度约束的芯材和表皮面板各自的厚度,从而快速给出初步满足性能要求的潜器轻外壳初始设计参数,即针对全尺度的潜器外壳进行设计。而本发明所述的方法是实现耐压壳相似极限承载能力的缩尺模型尺寸设计方法,涉及的结构尺寸设计问题不一致。
专利文献公开号为CN112307659A提出了一种双层柱形耐压壳极限承载能力数值的计算方法,公开了耐压壳极限承载能力计算的仿真建模过程。而本发明所述的方法是如何实现相似的极限承载能力,即解决的技术问题不同。
专利文献公开号为CN114741927A提出了一种联合载荷作用下加筋板极限强度试验方法及试验装置,即通过两个相互垂直的轴向加载对加载块施加集中载荷从而均匀的传递双轴载荷,通过覆盖沙袋并施加砝码实现均匀的加载侧向压力,结合位移及变形传感器,实现加筋板的缩尺模型在三向载荷联合作用下的极限强度试验,进而获得原型在三向载荷共同作用下的极限强度,为加筋板的结构设计提供技术支持。而本发明所述的方法是在耐压壳结构在面外均布载荷作用下的缩尺模型设计方法,其涉及的目标结构及载荷条件不一致。
综上所述,耐压壳结构的极限承载能力决定了水下航行器的有效下潜深度,因此在水下航行器设计时应准确评估其耐压壳结构的极限承载能力。为了能够开展缩尺模型试验反映大尺度原型的极限承载特性,需要解决耐压壳结构极限承载能力相似模型设计的问题,最终实现以缩尺模型的屈曲强度和极限强度分别反映原型的屈曲强度和极限强度。
实现思路