[发明专利]一种多蛋形仿生耐压壳体交接设计方法

摘要

本发明公开了一种多蛋形仿生耐压壳体交接设计方法，属于潜水装备设计领域，所述多蛋形仿生耐压壳体由多个蛋形耐压壳串接而成，相邻两个蛋形壳体的交接处设有环形加强肋；所述交接设计方法首先通过推导出蛋形壳体几何方程及物理方程，得到蛋形壳体上单元平衡微分方程，从而获得蛋形壳体上各点变形量；然后根据交接处环形加强肋所受压力，得到环形加强肋径向变形量；最后根据交接处的蛋形壳体与环形加强肋变形一致原则，设计环形加强肋的参数，所述参数包括外径、内径和宽度。与现有技术相比，本发明设计方法能够为壳体理论计算、试验设计提供指导，可避免环形加强肋出现刚度过大或不足，能够有效指导多蛋形交接耐压壳的工程化设计。

主权项

1.一种多蛋形仿生耐压壳体交接设计方法，其特征在于，所述多蛋形仿生耐压壳体由多个蛋形耐压壳串接而成，相邻两个蛋形耐压壳的交接处设有环形加强肋；所述交接设计方法首先通过推导出蛋形耐压壳几何方程及物理方程，得到蛋形耐压壳上单元平衡微分方程，从而获得蛋形耐压壳上各点变形量；然后根据交接处环形加强肋所受压力，得到环形加强肋径向变形量；最后根据交接处的蛋形耐压壳与环形加强肋变形一致原则，设计环形加强肋的参数，所述参数包括外径、内径和宽度；所述多蛋形耐压壳体通过环形加强肋对称交接，蛋形壳钝端与钝端相交，蛋形壳尖端与尖端相交；所述蛋形仿生耐压壳体的截面外曲线满足：式中：L—蛋形仿生壳体的长轴长度；B—蛋形仿生壳体的短轴长度；e—偏心距，蛋形仿生耐压壳体的长轴为X轴，短轴为Y轴，坐标原点位于蛋形仿生壳体的纵轴线上，原点与蛋形仿生壳体中心相距e；所述蛋形耐压壳满足旋转壳体几何方程：式中：ε1—单元M沿x方向的线应变；ε2—单元M沿y方向的线应变；x方向为径向，y方向为纬向；u—单元M沿y方向的位移量；w—单元M沿z方向的位移量；α为单元M切线垂直线与X轴的夹角；R1—蛋壳第一曲率半径、R2—蛋壳第二曲率半径，R1、R2分别由下式获得：式中：y′—蛋形仿生耐压壳体截面外曲线一阶导；y″—蛋形仿生耐压壳体截面外曲线二阶导；所述蛋形耐压壳满足旋转壳体物理方程：式中：E—蛋形仿生耐压壳体材料弹性模量；t—蛋形仿生耐压壳体厚度；μ—蛋形仿生耐压壳体材料泊松比；N1—单元M沿x方向的受力、N2—单元M沿y方向的受力，N1、N2分别由下式获得：式中：P—蛋形仿生耐压壳体外部所受均布压力；所述蛋形耐压壳单元平衡微分方程通解如下式：式中：u—单元M沿y方向的位移量；w—单元M沿z方向的位移量；所述蛋形耐压壳在X‑Y平面上某点沿Y方向的变形量由下式获得：所述环形加强肋所受压力由下式获得：式中：Pr—环形加强肋外部所受均布压力；b—第一环形加强肋宽度；F1—交接处第一蛋形耐压壳与环形加强肋之间的作用力；F2—交接处第二蛋形耐压壳与环形加强肋之间的作用力；P—多蛋形耐压壳体外部所受均布压力；α—第一蛋形耐压壳与第二蛋形耐压壳的交接角；所述环形加强肋径向位移量由下式获得：式中：δ_r—环形加强肋径向位移量；r—环形加强肋内径；R—环形加强肋外径。