肋骨布置方式对圆柱壳结构强度的影响.pdf

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1、第14卷第10期2010年10月船舶力学JoumalofShipMechanicsV01．14No．10Oct．2010文章编号：1007—7294(20lO)10一1134—09肋骨布置方式对圆柱壳结构强度的影响王永军，万正权，舒蕾(中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)摘要：环形肋骨加强的圆柱壳结构是潜艇舱段结构的主体。文章将圆柱形壳板简化为轴对称的二节点单元，将肋骨简化为一节点单元，利用弹性壳体理论分别建立这两类单元的刚度阵与载荷阵，建立了求解静水压力下环肋圆柱壳结构强度的解析单元法(AEM)。利用该方法对采用内、外两种不同的加强方式进行了对比分析。研究表明，肋骨布置方式对

2、结构强度具有较大的影响。文中建立的AEM法也可以推广到各种轴对称压力作用下的肋骨加强回转壳强度分析。关键词：圆柱壳；强度；肋骨；解析单元法；有限单元法中图分类号：U662文献标识码：AEf!fectofrib’s10cationt0thestrengthOfcylindricalsheU肼^ByD，剥H％肼Ⅳ砒，妒g删z，阴U￡ei(chinaShipScientificRe眈arichCenter，Wuxi214082，China)Abstract：CvlindricalshellstifknedbvribsistllemainstrIJctureofsubmarine．Anewme

3、thodAEM(Ana-lyticEIementMethod)is西veninthispapertoanalyzethisstructure．Basedoncylindricalshelltheory，rigidmat血andloadingmatrixofcylindicalsheUandribarecontnlcted．The陀sultsobtainedbyAEMareingoodagreementwithFEM’resultstoamodelhavingouterribsorinnerribs．Itisproved￡hatt}Ieloca—tionofribsshouldbecon

4、sideredforsti矗'enedcylindricalsheUsunderextemalpres8ure．AEMcouldbeex-tendedtothestrengthanalysisofstifbned—rotate—shellstructureunderaxial—symmenypressure．Keywords：cylindricalshell；stren昏h；rib；AEM；FEM1引言潜艇的舱段通常由十数条间距相同的肋骨加强的圆柱壳或圆锥壳组成，这些加强肋骨可以大幅提高圆柱(锥)形舱段结构的失稳压力，但它同时也破坏了壳体结构的无矩状态，因而在肋骨根部壳板处造成较大的应

5、力集中。加强肋骨一般采用T形型材或球扁钢型材，通过焊接与壳体相连，布置方式通常有内置与外置两种方式。由于加强肋骨剖面基本对称，且垂直于被加强壳体的轴线，因此环形肋骨一般都处于面内受力状态，且以周(环)向应力为主。在过去的研究中【ll，常将环形肋骨简化为位移弹性支座，忽略由于肋骨布置方式不同而造成的偏心影响。但随着加强肋骨尺度的增大，特别是特大肋骨的使用，这种简化将造成较大误差。舱壁等强结构附近的加强肋骨还表现出一定的扭转弹性支撑作用。为了对肋骨根部壳板处的应力集中做出准确分析，本文将壳板作为具有径向位移与转角的二节点单元，将肋骨作为具有径向位移与转角两个自由度的一节点单元，利用解析单元

6、法(AnalyticEle一收稿日期：2010—08—05作者简介：王永军(1973一)，男，中国船舶科学研究中心高级工程师。第10期王永军等：肋骨布置方式对圆柱壳结构⋯1135mentMetllod，AEM)分析肋骨布置方式对环肋圆柱壳结构强度的影响。由于文献【2】中已提供了的圆柱(锥)壳单元刚度阵与荷阵的详细推导过程，本文这里仅给出一节点肋骨单元刚度阵的推导过程。2基本假设与肋骨单元坐标系2．1基本假设(1)小挠度假设，肋骨腹板边缘处面内载荷与边缘弯矩相互独立作用。(2)假设肋骨面板宽度较小，面板对腹板的位移支撑可以简化弹性圆环。(3)假设肋骨面板宽度较小，面板对腹板的扭转支撑简化

7、为弹性扭杆。2．2肋骨单元坐标系对于肋骨外置加强方式，肋骨单元坐标系见图1。腹板在A点与壳板相连，在B点与面板相连，见图l。R为主壳板中面半径，R。为腹板根部到壳体中心距离，R。为腹板顶部到壳体中心距离，A。．为面板面积。p、M为连接节点的剪力与弯矩，u、u为连接节点的径向位移与转角。对于肋骨内置加强方式，见图2，腹板在召点与主壳板相连，在A点与面板相连，其它同外置肋骨。3面板对腹板的支撑作用图1肋骨外置结构简图与单元坐标系Fig．1111es