不同锥节头在静水压力下的强度计算(附件)【字数：12716】
摘 要摘 要在潜艇的发展过程中，潜艇包含了几种不同的舱段，使用节点连接。观察这些连接结点发现，它们可以分解为等厚度柱（锥）壳、变厚度柱（锥）壳等基本结构，所以对锥接头的研究很有意义。本文运用的是有限元法，因为他本身的特性即可以把复杂的结构化为无限个小的简单的单元进行计算分析。从静水压强计算角度出发，对锥接头的静水压力的强度进行计算，建立有限元模型，进行网格的划分和计算，最终通过Von-mises应力图进行分析，探究不同角度的锥接头在50m水深下的强度和相同角度的锥接头在50m、75m、100m水深下的强度。得出结论不同角度的锥接头在静水压力下的最大应力在接口处，且随角度的逐渐增大，最大应力值也逐渐增加，但不是呈线性变化。圆形接头的应力值各处都不变，且应力值最小。随着水深的增加，锥接头接口处的应力值同倍增加，呈线性变化。关键词锥接头；ANSYS；静水压力；不同水深；不同角度。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 研究目的与意义 2
1.3.1 研究目的 2
1.3.2研究意义 2
1.4本文的主要工作 3
第二章 静水压力下压强的计算 4
2.1 概念 4
2.2 静水压强的特性 4
2.3 重力作用下静水压强基本方程 6
2.4 等压面 6
2.5 作用在平面上的静水总压力 7
2.6 作用在曲面上的静水总压力 10
第三章 有限元模型的前处理 13
3.1 引言 13
3.2有限元建模 13
3.3不同锥接头的建模 14
3.3.1 30°模型的建立及加载 14
3.3.2 45°模型的建立及加载 16
3.3.3 60°模型的建立及加载 17
3.3.4 90°模型的建立及加载 17
3.3.5 120°模型的建立及加载 18
3.3.6 圆头模型的建立及加载 19
第四章 不同锥接头的结果分析 21
4.1引言 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2 不同锥接头在相同水深下的应力状况 21
4.2.1 30°锥接头的在静水压力下的应力状况 21
4.2.2 45°锥接头的在静水压力下的应力状况 22
4.2.3 60°锥接头的在静水压力下的应力状况 22
4.2.4 90°锥接头的在静水压力下的应力状况 23
4.2.5 120°锥接头的在静水压力下的应力状况 23
4.2.6 圆头锥接头的在静水压力下的应力状况 24
4.3 45°锥接头在不同水深下的应力状况 24
4.4 对不同锥接头进行比较 26
4.4.1引言 26
4.4.2 30°锥接头和45°锥接头进行比较分析 27
4.4.3 30°锥接头和60°锥接头进行比较分析 27
4.4.4 30°的锥接头和90°的锥接头进行比较分析 28
4.4.5 45°的锥接头和60°的锥接头进行比较分析 29
4.4.6 45°的锥接头和90°的锥接头进行比较分析 30
4.4.7 60°的锥接头和120°的锥接头进行比较分析 30
4.4.8 60°的锥接头和90°的锥接头进行比较分析 31
4.4.9 30°的锥接头和圆形的锥接头进行比较分析 32
4.4.10 45°锥接头在5m，10m，15m水深下的比较分析 33
4.5结论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
第一章 绪论
研究背景
在潜艇的发展过程中，潜艇包含了几种不同的舱段，使用节点连接。当结构运用在特殊的场合时，连接结点的设计也应该是特殊的。经过有限元分析以后，这些特殊的结构具有两个功能：缓解结构的应力集中现象和降低结构的重量。但是由于潜艇自身的特点，处于一个高压的环境中，因此，在进行计算之前需要精确地了解静水压力下的强度。通过观察这些连接结点发现，它们可以分解为等厚度柱（锥）壳、变厚度柱（锥）壳等基本结构，但是因为球－环、环－柱(锥)等结构在连接处存在经向曲率的突变，使其在锥接头的连接处应力会突变，并且是变大。所以，要想提高锥接头的强度和设计水平，就必须加强对其接口处的研究和强度计算。
国内外研究现状
在潜艇的设计过程中，设计结构时，常常采用各式各样的旋转组合壳，如锥－柱组合壳、柱－椭球组合壳、环－球组合壳等[1]。因此，很多科学家开始加强对上述组合结构连接处的强度计算和承载能力的计算的研究，并取得一定的研究成果，认为球－环－锥结构是一种特殊的旋转组合壳，分析它的结构强度的方法可适用于其他各种旋转组合壳的强度分析。运用解析法来求解组合壳结构的强度问题是不容易的，因为组合种类繁多，而且内部结构不统一等。所以，通常用半解析解法和数值解法来求解这些复杂的组合结构，其中半解析法包括弹性基础梁法、分区样条等参元法、解析单元法、有限元法、传递矩阵法[2]
结构强度计算和设计最常用的方法是有限元法，因为他本身的特性即可以把复杂的结构化为无限个小的简单的单元进行计算分析。当然有限元也存在着问题，例如，在有限元的前期准备时，结构的所有参数都要准确的定义，庞大的工作量会使操作过程中的错误率大大的提高，影响计算结果。所以，还有其他几种计算强度的方法：弹性基础梁法、分区样条等参元法、“力法”、解析单元法、和传递矩阵法。要根据具体的实际情况选用不同的方法。“力法”求解旋转组合壳强度问题的前提条件是可以直接根据薄壳的有矩理论给出各个壳段的解析表达式，但是能给出解析解的壳体都是些具有非常简单几何形状（均匀厚度的柱壳、锥壳、球壳）、简单荷载(均匀外压或内压、集中力)的结构，同时为了满足设计的要求和较高的计算效率，这种情况下，就进行了简化计算，做了一系列的合理的简化假设和简化计算，这在很大的程度上到这了计算的误差和计算的结果偏差较大。解析单元法分和区样条等参元法，分别采用幂级数和样条函数来模拟组合壳中每个分段的位移分量，在加载边界条件的过程中，其函数必须满足结构的边界条件，在求解的最后需要进行收敛性讨论，这在某种程度来说，是对施工人员的带来了巨大的麻烦。弹性基础梁法是将工程结构中的每个小结构看成是承受不同载荷的弹性基础板条梁，方法比较便捷，计算量小，施工人员容易操作，得出的结果误差也不是很大，但是按照其基本原理可以知道她仅仅能解决的是板环壳的长短问题，对于其他问题（厚度，角度等）是不适用的，所以从目前看来，这种方法的局限性太大。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 研究目的与意义 2
1.3.1 研究目的 2
1.3.2研究意义 2
1.4本文的主要工作 3
第二章 静水压力下压强的计算 4
2.1 概念 4
2.2 静水压强的特性 4
2.3 重力作用下静水压强基本方程 6
2.4 等压面 6
2.5 作用在平面上的静水总压力 7
2.6 作用在曲面上的静水总压力 10
第三章 有限元模型的前处理 13
3.1 引言 13
3.2有限元建模 13
3.3不同锥接头的建模 14
3.3.1 30°模型的建立及加载 14
3.3.2 45°模型的建立及加载 16
3.3.3 60°模型的建立及加载 17
3.3.4 90°模型的建立及加载 17
3.3.5 120°模型的建立及加载 18
3.3.6 圆头模型的建立及加载 19
第四章 不同锥接头的结果分析 21
4.1引言 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2 不同锥接头在相同水深下的应力状况 21
4.2.1 30°锥接头的在静水压力下的应力状况 21
4.2.2 45°锥接头的在静水压力下的应力状况 22
4.2.3 60°锥接头的在静水压力下的应力状况 22
4.2.4 90°锥接头的在静水压力下的应力状况 23
4.2.5 120°锥接头的在静水压力下的应力状况 23
4.2.6 圆头锥接头的在静水压力下的应力状况 24
4.3 45°锥接头在不同水深下的应力状况 24
4.4 对不同锥接头进行比较 26
4.4.1引言 26
4.4.2 30°锥接头和45°锥接头进行比较分析 27
4.4.3 30°锥接头和60°锥接头进行比较分析 27
4.4.4 30°的锥接头和90°的锥接头进行比较分析 28
4.4.5 45°的锥接头和60°的锥接头进行比较分析 29
4.4.6 45°的锥接头和90°的锥接头进行比较分析 30
4.4.7 60°的锥接头和120°的锥接头进行比较分析 30
4.4.8 60°的锥接头和90°的锥接头进行比较分析 31
4.4.9 30°的锥接头和圆形的锥接头进行比较分析 32
4.4.10 45°锥接头在5m，10m，15m水深下的比较分析 33
4.5结论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
第一章 绪论
研究背景
在潜艇的发展过程中，潜艇包含了几种不同的舱段，使用节点连接。当结构运用在特殊的场合时，连接结点的设计也应该是特殊的。经过有限元分析以后，这些特殊的结构具有两个功能：缓解结构的应力集中现象和降低结构的重量。但是由于潜艇自身的特点，处于一个高压的环境中，因此，在进行计算之前需要精确地了解静水压力下的强度。通过观察这些连接结点发现，它们可以分解为等厚度柱（锥）壳、变厚度柱（锥）壳等基本结构，但是因为球－环、环－柱(锥)等结构在连接处存在经向曲率的突变，使其在锥接头的连接处应力会突变，并且是变大。所以，要想提高锥接头的强度和设计水平，就必须加强对其接口处的研究和强度计算。
国内外研究现状
在潜艇的设计过程中，设计结构时，常常采用各式各样的旋转组合壳，如锥－柱组合壳、柱－椭球组合壳、环－球组合壳等[1]。因此，很多科学家开始加强对上述组合结构连接处的强度计算和承载能力的计算的研究，并取得一定的研究成果，认为球－环－锥结构是一种特殊的旋转组合壳，分析它的结构强度的方法可适用于其他各种旋转组合壳的强度分析。运用解析法来求解组合壳结构的强度问题是不容易的，因为组合种类繁多，而且内部结构不统一等。所以，通常用半解析解法和数值解法来求解这些复杂的组合结构，其中半解析法包括弹性基础梁法、分区样条等参元法、解析单元法、有限元法、传递矩阵法[2]
结构强度计算和设计最常用的方法是有限元法，因为他本身的特性即可以把复杂的结构化为无限个小的简单的单元进行计算分析。当然有限元也存在着问题，例如，在有限元的前期准备时，结构的所有参数都要准确的定义，庞大的工作量会使操作过程中的错误率大大的提高，影响计算结果。所以，还有其他几种计算强度的方法：弹性基础梁法、分区样条等参元法、“力法”、解析单元法、和传递矩阵法。要根据具体的实际情况选用不同的方法。“力法”求解旋转组合壳强度问题的前提条件是可以直接根据薄壳的有矩理论给出各个壳段的解析表达式，但是能给出解析解的壳体都是些具有非常简单几何形状（均匀厚度的柱壳、锥壳、球壳）、简单荷载(均匀外压或内压、集中力)的结构，同时为了满足设计的要求和较高的计算效率，这种情况下，就进行了简化计算，做了一系列的合理的简化假设和简化计算，这在很大的程度上到这了计算的误差和计算的结果偏差较大。解析单元法分和区样条等参元法，分别采用幂级数和样条函数来模拟组合壳中每个分段的位移分量，在加载边界条件的过程中，其函数必须满足结构的边界条件，在求解的最后需要进行收敛性讨论，这在某种程度来说，是对施工人员的带来了巨大的麻烦。弹性基础梁法是将工程结构中的每个小结构看成是承受不同载荷的弹性基础板条梁，方法比较便捷，计算量小，施工人员容易操作，得出的结果误差也不是很大，但是按照其基本原理可以知道她仅仅能解决的是板环壳的长短问题，对于其他问题（厚度，角度等）是不适用的，所以从目前看来，这种方法的局限性太大。
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