文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
大深度潜水器耐压壳体结构响应分析与优化设计
姓名:伍莉
申请学位级别:硕士
专业:船舶与海洋结构物设计制造
指导教师:刘土光
20070121
华中科技大学硕士学位论文
摘要
本文通过理论分析和数值计算对球形和藕节形大深度潜水器耐压壳体的强度
和稳定性性能进行系列研究,并分析了各种参数对其力学性能的影响,参考规范编
程对这两种耐压壳体进行优化设计,为球形和藕节形大深度潜水器耐压壳体的结构
设计提供了依据和参考。
首先针对球形耐压壳体,考虑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 %~%之间、
厚度半径比在 5%~9%之间的系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。
其次本文提出了一种新型的大深度潜水器耐压壳体——藕节形切弧连接耐压
壳体,和传统的藕节形耐压壳体相比,它有更好的力学性能。采用有限元方法,针
对缺陷幅值半径比在 %~%之间、厚度半径比在 5%~9%之间、球壳中心
间距半径比在 ~ 之间、连接角在 400~650 之间的三藕节切弧连接耐压壳体,
进行了强度和稳定性分析。并且采用最小二乘法进行公式拟合,提出三藕节切弧连
接耐压壳体非线性强度公式和稳定性公式。
最后考虑初始缺陷和材料、几何非线性的影响,参考潜艇规范,采用外点罚函
数(OPF)法的结构优化程序,研究了三藕节切弧连接耐压壳体的优化设计。在研究
中,耐压壳体的厚度半径比、球壳中心间距半径比、连接角是设计变量,考虑强
度、稳定性、以及几何约束,使得浮力因子最小。同时研究了设计变量在结构优化
设计中的敏感性,以及设计变量对耐压壳体的浮力因子、强度和稳定性的影响。本
文的研究结果可以为藕节形大深度潜水器耐压壳体的结构设计提供参考。

关键词:大深度潜水器耐压壳体强度稳定性优化设计有限元

I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
The static mechanical property of the spherical and multiple intersecting spherical
deep-submerged pressure hulls and the influences of diversified parameters have been
investigated theoretically and numerically in this paper under the guidance of my tutor.
Additionally, referencing deep-submerged specification, this paper has studied the
optimum design for these two types of deep-submerged pressure hulls. And it provides
reference for the structural design of deep-submerged pressure hull.
Considering the effect of material nonlinearity and initial deflection, the formula of
nonlinear stability for spherical thick hulls with initial deflection is proposed at first. The
theoretical result is found to be in agreement with the experiment result, and the
correctness of this formula is also validated by the finite-element method. This formula is
used to study the strength and stability of a series of spherical deep-submerged pressure
hulls with f R in %~% and tR in 5%~9%. Additionally, referenci