潜艇强度.doc

潜艇强度
2 耐压船体的应力计算
耐压船体结构概述 2
耐压船体横剖面形状 2
耐压船体纵剖面形状 2
直线形 2
直线局部扩大形 2
光顺曲线形 2
耐压船体的结构型式 3
圆柱壳的弯曲微分方程及其通解 4
基本概念和假设 4
受力分析 5
梁带的弯曲微分方程 6
微分方程的解 7
一般环肋圆柱壳的应力计算 9
边界条件 9
应力和位移计算 11
(挠度) 12
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板壳纵剖面上之正应力 12
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带有中间支骨的圆柱壳应力计算 18
概述 18
弯曲微分方程及边界条件 18
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无限长弹性基础梁的解在潜艇结构计算中的应用 23
无限长弹性基础梁在集中力作用下的弯曲 23
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,求作用在舱壁圆形周界上的外力 28
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环肋斜圆锥壳的应力计算 30
耐压船体结构概述
潜艇为了能在深水中航行、战斗,必须设有坚固的船体以承受巨大的深水压力。耐压船体的主要功能就在于承受深水压力,保证舱室内部人员和各种设备的正常工作。同时组成一个水密空间,给潜艇提供80%一85%的固定浮容积,为潜艇在水下维持重力等于浮力的平衡条件提供基础。为了保证耐压船体具有上述功能,就应该合理地选择其结构型式,使耐压船体具有足够的强度和稳定性。
耐压船体横剖面形状
历史上耐压船体横剖面形状是多种多样,曾出现过圆形、椭圆形、矩形以及圆柱截剖体等形状。但从抵抗深水压力的观点来看,以圆形最为有利。因此圆形剖面的耐压船体从一开始就被广泛地采用,并且一直沿用到今天。圆形剖面的耐压船体,其受力之所以最好,是因为它在均匀外压作用下只产生均匀收缩变形,这样壳板内部只有均匀压缩应力而无弯曲·应力,材料能得到充分利用,从而能做到结构重量轻、材料省。椭圆形、矩形等其它横剖面形状,由于它们不是一个纯圆,在深水压力作用下除了产生压缩应力外,还有弯曲应力,这样为了达到同样的强度,势必要增大结构的尺寸,增大船体重量。现代潜艇下潜深度日益加大,因此绝大多数潜艇的耐压船体横剖面采用圆形。但有时为了满足舱室设备布置的需要,也有采用圆形组合体“8”字形横剖面结构。其组合形状的型式是多种多样的。“8”字形结构在上下两圆相交处要承受巨大的侧向力,为了保证其强度和紧密性,在相交处必须有专门的加强措施来保障,这给施工装配、焊接带来许多不便。此外,“8”字形的存在也影响了潜艇外形的光顺。因此这种横剖面的结构型式只能用于耐压船体的某一局部区域(如蓄电池舱、导弹舱等)而不可能用于整个耐压船体上。目前在潜艇的设计制造中,很少采用这种横剖面的结构型式。
耐压船体纵剖面形状
耐压船体的纵剖面形状,一般有以下几种:
直线形
在耐压船体中部采用平行柱体,艏艉两部分采用截头圆锥形,如图2—1(。)所示。现代潜艇由于下潜度增大,耐压船体壳板厚度增大,材料机械性能提高,再做成双曲率的壳体加工困难增大。特别是随着潜艇排水量增大双舰体结构形式被广泛地采用,因此目前广泛地采用“直线形”耐压船体。
直线局部扩大形
在某些情况下,为了布置上的需要,在圆柱体的局部长度上,采用扩大圆柱形或“旷字形。另外在艏艉部,还可能采用不同锥度的圆锥形组合,如图2—1(b)所示。
光顺曲线形
在一些单舰体潜艇上,为了改善航海性能,常常采用更接近流线型的光顺曲线形状,如图2—l(c)所示,由于过去潜艇及现代一些小型潜艇下潜深度较小,壳板相对较薄,且纵向曲率变化不大,因此加工时容易做成曲线形。在结构设计与计算中,对曲线形耐压船体的某一舱室(段),可以近似地按圆柱形或圆锥形壳计算。
图2—1 耐比船体纵削面形状
耐压船体的结构型式
如果耐压船体承受内均匀压力是不需要设置加强筋的,但是由于深水压力是外压力,为了有效地提高耐压船体在外水压力作用下的稳定性,必须在壳板上设置一系列横向加强筋。这些加强筋按