ANSYS耐压舱壳体结构设计与仿真(2)

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3.4 耐压舱舱段设计 13

3.5 球形封头设计 21

3.6 耐压舱整体结构设计 25

3.7 小结 27

4 耐压舱壳体结构强度及稳定性有限元分析 28

4.1 有限元简介 28

4.2 不同圆柱壳加肋形式仿真对比 28

4.3 矩形环肋圆柱壳强度及稳定性有限元分析 32

4.4 半球封头强度及稳定性有限元分析 37

4.5 耐压舱整体强度及稳定性分析 40

4.6 小结 44

结论 45

致谢 46

参考文献 47

附录A 49

附录B 51

附录C 53

附录D 54

1 绪论

1.1 研究背景

在现代社会，经济飞速发展，人口、资源、环境三大问题逐渐成为全世界所面临的主要问题。随着陆地油气资源日益匮乏，人们逐渐把能源开发的重点转向海洋，因此海洋的地位正日益提高。潜水器作是在海洋环境下进行资源勘探和开发利用的重要装备之一，其研究一直受到各海洋强国的高度重视。潜水器一般是由满足水动力要求的轻外壳和耐压壳组成。其中作为潜水器的主要组成部分，耐压壳主要承受静水外压，为舱室内部的人员以及各种仪器设备提供常压工作环境。同时耐压舱组成了一个水密空间，是浮力的主要提供者，是人员和仪器设备安全的基础保障。因而，了解并研究潜水器耐压壳在海洋静水压力作用下的强度及稳定性，提出比较合理的结构形式，显得尤为重要。

本文主要针对耐压舱壳体结构进行设计，重点在强度稳定性的设计，研究设计的一般思路。旨在设计出满足工作要求的耐压舱结构，为水下耐压舱的设计研究提供一些参考。

1.2 耐压舱壳体的国内外研究状况

1.2.1 耐压舱壳体研究的相关问题

1.2.2 耐压舱壳体的结构形式

1.2.3 耐压舱壳体的相关研究成果

1.3 耐压舱壳体研究发展趋势

从国外载人潜水器的发展历史来看，潜水器的装配重量由大到小，工作深度由浅到深。目前美俄仍然在筹建新型的载人潜水器，以保持和扩大其在海洋领域高技术的领先优势，确保其在海洋方面的巨大经济利益[11]。目前，中国“蛟龙号”潜水器已实现了7000米级的深潜，可以探测99.8%的海洋区域，标志着我国在海洋探测领域的巨大成功。

根据用途不同，潜水器的外形也具有不同的特征。搭载的设备和潜水器功能的不同，要求设计者对潜水器框架结构的选择和设计更为灵活与多样。但在潜水器外形不断变化的同时，它的心脏部分——耐压舱结构并没有太多的方案可供选择，这主要是由水动力要求、载重要求、内部空间布置要求、加工制造的难易程度以及成本等因素所决定的。

随着计算机辅助工程(CAE)技术的快速发展和普及，使得有限元数值仿真分析法在耐压壳体结构分析中得到广泛应用。有限元数值仿真分析在对耐压壳体进行分析时，只有正确估计位移边界条件和载荷，才能得到正确结果。但是对于一些特殊结构以及非线性等复杂问题，需要借助试验的方法，才能正确掌握结构的位移边界条件和载荷。因此，从当前耐压壳体研究情况来看，近年来有不少学者和专家开始利用有限元数值仿真与试验相结合的方法对耐压壳进行了研究。特别是有限元和试验混合建模分析的方法，这将成为未来耐压舱壳体结构动力学分析的重要手段。混合建模分析不但可以精确地对耐压舱壳体结构进行动力学分析，还可以方便地对耐压舱壳体结构进行动力学修正和优化。近几年，基于混合建模分析的应用分析软件开始涌现。新分析方法的提出使得人们对耐压舱壳体结构的研究变得更加科学可靠[1]。