多蛋形交接耐壓殼仿生設計及試驗研究.pdf

1、深海潛水器是海洋科學考察與探索的重要工具，耐壓殼結構設計作為首要關鍵技術，舉足輕重。蛋殼滿足圓頂原理，具有較強的耐壓特性，是一種優(yōu)異的耐壓殼仿生設計原型，能最優(yōu)協(xié)調安全性、承載能力、空間利用率等優(yōu)點。單蛋形耐壓殼結構可在不降低殼體安全性的前提下去除蛋形殼曲率較大的端部，用于開孔連接，有利于進一步提高空間利用率。因此，開展多蛋形交接耐壓殼仿生設計及試驗研究，對仿生模本模型化及理論化、異形殼力學理論、多段殼設計理論、中厚殼屈曲理論及試驗方法

2、等方面具有重要意義。本文主要研究內容如下：
　　（1）基于鵝蛋殼生物學參數(shù)統(tǒng)計試驗，建立并優(yōu)選蛋形參數(shù)函數(shù)，設計多蛋殼結構，分析多蛋殼幾何參數(shù)對其性能的影響規(guī)律。結果表明，可將分析模型簡化為典型的雙蛋殼或三蛋殼。為避免出現(xiàn)交接環(huán)肋剛度過大或不足，使殼體開孔處的變形量與完整殼體一致，保障交接后的蛋形殼的力學性能及穩(wěn)定性不受影響，提出蛋形殼開孔前后變形一致的設計理念，本文簡稱變形協(xié)調理念。
　?。?）設計真實尺寸的三蛋殼，理論和

3、數(shù)值對比分析其結構力學特性。結果表明，三蛋殼的各殼體單元與單蛋殼的應力分布一致，數(shù)值結果與理論值基本一致，二者最大懸殊小于5.91％。環(huán)肋交接處不存在應力增大跳躍或應力集中的現(xiàn)象，表明變形協(xié)調設計理念下的加強環(huán)肋尺寸參數(shù)處于合理范圍內。
　　（3）圍繞三蛋殼穩(wěn)定性分析，并以單蛋殼類比。結果表明，三蛋殼線性屈曲具有近乎相同鄰階特征值，以單模態(tài)作為初等幾何缺陷，并非最差缺陷，幾種線性屈曲模態(tài)疊加作為初等幾何缺陷下的非線性屈曲載荷值最為

4、保守。三蛋殼的臨界屈曲載荷及模態(tài)可以通過單蛋殼理論及數(shù)值求解預測。
　?。?）優(yōu)選尖端交接的樹脂雙蛋殼，應用變形協(xié)調理念，確定比例模型參數(shù)，通過逆向工程獲取真實多蛋殼模型，比較數(shù)值分析及試驗結果發(fā)現(xiàn)，基于弧長法的數(shù)值計算與試驗結果具有良好一致性，考慮真實形狀和厚度的非線性有限元分析可用于分析預測真實殼體的屈曲特性。多蛋殼最終破壞遠離環(huán)肋交接處，證明交接后的蛋形殼破壞形式與完整單蛋殼一致，繼承了完整蛋殼較好的耐壓特性。多蛋殼的強度及