多级壳体结构力学特性研究

论文摘要

潜射导弹垂直发射过程中力学环境变化非常复杂,导弹从运动中的潜艇发射出水,经过筒中段、水中段和出水段进入空中飞行段,在这个过程中弹体所受到的力与力矩发生剧烈变化,加上洋流和波浪等随机因素的影响,使得弹体结构经受巨大考验。工程上为了避免弹体结构在此过程中发生失稳破坏,一般采用加强弹体结构及与降低出水载荷的方法。本文针对多级壳体结构及加筋多级壳体结构的失稳问题进行了较为深入的研究,在验证了软件可行性的基础上对多级壳体失稳载荷、模态、影响多级加筋壳体临界失稳载荷参数等进行了分析,以期为改善潜射导弹的弹体结构提供技术参考。本文首先归纳、推导了不同形式壳体结构的临界失稳载荷公式,并验证了ABAQUS软件计算壳体失稳载荷的可行性。在建立了二、三级壳体结构的模型后,根据所建立模型进行在轴压及轴、外压联合作用下的稳定性分析。分析结果显示在不同边界条件下,简支边界条件得到的屈曲因子与固支边界条件得到的屈曲因子相差不大,但始终小于固支条件下的屈曲因子。通过与同样长度、蒙皮厚度的光壳结构相比,二级壳体失稳载荷明显较小,并在高阶屈曲模态下尤为明显。在总结了影响多级加筋壳体结构稳定性参数基础上,分析了多级加筋壳体结构的网格密度、边界条件对于多级加筋壳体结构临界失稳载荷计算结果的影响,蒙皮厚度、横纵筋尺寸、横纵筋排布数量及适配器尺寸等参数对于多级加筋壳体结构临界失稳载荷的影响。在轴、径压联合作用时,分析了二级壳体结构及二级加筋壳体结构的失稳特性。分析结果发现,以上两种结构得到了相似的结论。当径向载荷相对较小时,可以提高壳体结构的轴向临界失稳载荷,而当径向载荷增加到一定值但远小于其径向临界失稳载荷时,壳体结构的轴向临界失稳载荷迅速下降。本文针对多级壳体结构及多级加筋壳体结构所得到的分析结果可以为导弹的结构设计和发射安全性评估提供技术参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状和分析
• 1.2.1 国外在该方向研究进展
• 1.2.2 国内在该方向研究进展
• 1.3 本文主要内容
• 第2章 结构失稳问题理论基础
• 2.1 壳体结构的失稳理论基础
• 2.2 圆柱壳结构失稳计算方法
• 2.2.1 静力学求解壳体失稳问题
• 2.2.2 动力学求解壳体失稳问题
• 2.3 计算方法可行性分析
• 2.3.1 ABAQUS 有限元分析软件介绍
• 2.3.2 算法可行性验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 多级壳体结构稳定性分析
• 3.1 引言
• 3.2 二级壳体的有限元建模及参数设定
• 3.2.1 二级壳体结构模型几何参数
• 3.2.2 网格划分与边界条件建立
• 3.2.3 求解参数设置
• 3.3 轴压作用下二级壳体屈曲分析
• 3.4 三级壳体的有限元建模及参数设定
• 3.5 轴压作用下三级壳体结构屈曲分析
• 3.6 轴、径压作用下二级壳体结构稳定性分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 多级加筋壳体结构稳定性分析
• 4.1 引言
• 4.2 二级加筋壳体有限元建模及参数分析
• 4.2.1 网格划分对于二级加筋壳体承载力计算结果的影响
• 4.2.2 边界条件设置对于二级加筋壳体承载力计算结果的影响
• 4.3 影响二级加筋壳体承载力的参数分析
• 4.3.1 蒙皮厚度对于二级加筋壳体承载力的影响
• 4.3.2 横筋纵筋的厚度与高度对于二级加筋壳体承载力的影响
• 4.3.3 横筋纵筋排布数量对于二级加筋壳体承载力的影响
• 4.3.4 级间适配器的厚度与高度对于二级加筋壳体承载力的影响
• 4.4 轴、径压作用下二级加筋壳体结构稳定性分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢