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多蛋形交接耐压壳仿生设计及试验研究
| 论文题名： | 多蛋形交接耐压壳仿生设计及试验研究 |
| 关键词： | 潜水器;耐压壳;多蛋形交接;仿生设计;力学特性 |
| 摘要： | 深海潜水器是海洋科学考察与探索的重要工具，耐压壳结构设计作为首要关键技术，举足轻重。蛋壳满足圆顶原理，具有较强的耐压特性，是一种优异的耐压壳仿生设计原型，能最优协调安全性、承载能力、空间利用率等优点。单蛋形耐压壳结构可在不降低壳体安全性的前提下去除蛋形壳曲率较大的端部，用于开孔连接，有利于进一步提高空间利用率。因此，开展多蛋形交接耐压壳仿生设计及试验研究，对仿生模本模型化及理论化、异形壳力学理论、多段壳设计理论、中厚壳屈曲理论及试验方法等方面具有重要意义。本文主要研究内容如下： （1）基于鹅蛋壳生物学参数统计试验，建立并优选蛋形参数函数，设计多蛋壳结构，分析多蛋壳几何参数对其性能的影响规律。结果表明，可将分析模型简化为典型的双蛋壳或三蛋壳。为避免出现交接环肋刚度过大或不足，使壳体开孔处的变形量与完整壳体一致，保障交接后的蛋形壳的力学性能及稳定性不受影响，提出蛋形壳开孔前后变形一致的设计理念，本文简称变形协调理念。 （2）设计真实尺寸的三蛋壳，理论和数值对比分析其结构力学特性。结果表明，三蛋壳的各壳体单元与单蛋壳的应力分布一致，数值结果与理论值基本一致，二者最大悬殊小于5.91％。环肋交接处不存在应力增大跳跃或应力集中的现象，表明变形协调设计理念下的加强环肋尺寸参数处于合理范围内。 （3）围绕三蛋壳稳定性分析，并以单蛋壳类比。结果表明，三蛋壳线性屈曲具有近乎相同邻阶特征值，以单模态作为初等几何缺陷，并非最差缺陷，几种线性屈曲模态叠加作为初等几何缺陷下的非线性屈曲载荷值最为保守。三蛋壳的临界屈曲载荷及模态可以通过单蛋壳理论及数值求解预测。 （4）优选尖端交接的树脂双蛋壳，应用变形协调理念，确定比例模型参数，通过逆向工程获取真实多蛋壳模型，比较数值分析及试验结果发现，基于弧长法的数值计算与试验结果具有良好一致性，考虑真实形状和厚度的非线性有限元分析可用于分析预测真实壳体的屈曲特性。多蛋壳最终破坏远离环肋交接处，证明交接后的蛋形壳破坏形式与完整单蛋壳一致，继承了完整蛋壳较好的耐压特性。多蛋壳的强度及稳定性分析可以简化为单一蛋壳进行研究。 |
| 作者： | 左新龙 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 唐文献;张建 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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