多蛋形交接耐壓殼仿生設(shè)計及試驗研究.pdf

1、深海潛水器是海洋科學(xué)考察與探索的重要工具，耐壓殼結(jié)構(gòu)設(shè)計作為首要關(guān)鍵技術(shù)，舉足輕重。蛋殼滿足圓頂原理，具有較強(qiáng)的耐壓特性，是一種優(yōu)異的耐壓殼仿生設(shè)計原型，能最優(yōu)協(xié)調(diào)安全性、承載能力、空間利用率等優(yōu)點(diǎn)。單蛋形耐壓殼結(jié)構(gòu)可在不降低殼體安全性的前提下去除蛋形殼曲率較大的端部，用于開孔連接，有利于進(jìn)一步提高空間利用率。因此，開展多蛋形交接耐壓殼仿生設(shè)計及試驗研究，對仿生模本模型化及理論化、異形殼力學(xué)理論、多段殼設(shè)計理論、中厚殼屈曲理論及試驗方法

2、等方面具有重要意義。本文主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）基于鵝蛋殼生物學(xué)參數(shù)統(tǒng)計試驗，建立并優(yōu)選蛋形參數(shù)函數(shù)，設(shè)計多蛋殼結(jié)構(gòu)，分析多蛋殼幾何參數(shù)對其性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，可將分析模型簡化為典型的雙蛋殼或三蛋殼。為避免出現(xiàn)交接環(huán)肋剛度過大或不足，使殼體開孔處的變形量與完整殼體一致，保障交接后的蛋形殼的力學(xué)性能及穩(wěn)定性不受影響，提出蛋形殼開孔前后變形一致的設(shè)計理念，本文簡稱變形協(xié)調(diào)理念。
　　（2）設(shè)計真實(shí)尺寸的三蛋殼，理論和

3、數(shù)值對比分析其結(jié)構(gòu)力學(xué)特性。結(jié)果表明，三蛋殼的各殼體單元與單蛋殼的應(yīng)力分布一致，數(shù)值結(jié)果與理論值基本一致，二者最大懸殊小于5.91％。環(huán)肋交接處不存在應(yīng)力增大跳躍或應(yīng)力集中的現(xiàn)象，表明變形協(xié)調(diào)設(shè)計理念下的加強(qiáng)環(huán)肋尺寸參數(shù)處于合理范圍內(nèi)。
　?。?）圍繞三蛋殼穩(wěn)定性分析，并以單蛋殼類比。結(jié)果表明，三蛋殼線性屈曲具有近乎相同鄰階特征值，以單模態(tài)作為初等幾何缺陷，并非最差缺陷，幾種線性屈曲模態(tài)疊加作為初等幾何缺陷下的非線性屈曲載荷值最為

4、保守。三蛋殼的臨界屈曲載荷及模態(tài)可以通過單蛋殼理論及數(shù)值求解預(yù)測。
　　（4）優(yōu)選尖端交接的樹脂雙蛋殼，應(yīng)用變形協(xié)調(diào)理念，確定比例模型參數(shù)，通過逆向工程獲取真實(shí)多蛋殼模型，比較數(shù)值分析及試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于弧長法的數(shù)值計算與試驗結(jié)果具有良好一致性，考慮真實(shí)形狀和厚度的非線性有限元分析可用于分析預(yù)測真實(shí)殼體的屈曲特性。多蛋殼最終破壞遠(yuǎn)離環(huán)肋交接處，證明交接后的蛋形殼破壞形式與完整單蛋殼一致，繼承了完整蛋殼較好的耐壓特性。多蛋殼的強(qiáng)度及