去流段

去流段

去流段是指船體在設計水線下,平行中體或最大橫剖面以後的部分。其沿船長方向的長度稱去流段長度。對棱形係數較大,航速較低的船舶,如興波阻力不大,可將平行中體的位置向前移動,加長去流段,以防止邊界層分離,增加旋渦阻力。去流段長度隨弗勞德數和後體棱形係數而變化,通常不宜小於4.08 (Am為中剖面面積),以防產生渦流。

基本介紹

  • 中文名:去流段
  • 外文名:after run
  • 所屬領域:船舶術語
  • 學科歸屬:船舶工程
大型水下機器人的去流段艙體強度和剛度分析,水下機器人去流艙段的概述,艉端蓋設計計算,有限元分析計算,

大型水下機器人的去流段艙體強度和剛度分析

水下機器人去流艙段的概述

某大型水下機器人運載艙體最大直徑為Φ1.2m,除承受殼體內部各種設備載荷的重量外,主要承受200m外部水壓的均布載荷。該運載艙體的去流段殼體線形為樣條曲線,且其上開設了各種孔座,所以其受力情況相當複雜,採用傳統的計算公式不易計算,只能採用有限元軟體對其進行仿真計算。另外,在去流段艉部還有一個密封艉端蓋,艉端蓋上也開設了一些過纜密封孔,對艉端蓋進行適當簡化可以先採用傳統的計算公式計算,然後再藉助有限元軟體進行校核。
去流段艙體由去流殼體、內部加強筋、各類孔座和艉端蓋組成,如圖1、圖2所示。運載艙體被視作一個密閉的空間,承受最大200m水深壓力,其計算載荷
=2.4MPa。根據以往的工程經驗,初步取殼體壁厚δ=13mm,艉端蓋壁厚t=13mm,通過下面的理論計算和仿真分析來確定其壁厚。
圖1圖1

艉端蓋設計計算

球形艉端蓋厚度計算
形艉端蓋選用5A06鋁合金材料,該材料的屈服強度
=170MPa,彈性模數 E=7×104MPa。球形艉端蓋殼體中面半徑R=1193.5mm,球形艉端蓋的厚度t根據下式計算:
將相關參數代入式(1)計算得t≥8.4mm,根據設計、加工及方案階段試驗情況取t=13mm。
圖2圖2
球形艉端蓋穩定性校核
殼體承受均勻外壓時,可以保持其球形受到均勻壓縮,如果壓力超過某一極限值,受壓殼體的球形平衡狀態將變得不穩定,從而導致球殼失穩(壓壞)。對於球形艉端蓋殼體,在球殼滿足材料均勻、各向同性、有完善幾何球形、無初始應力及應力應變關係為線性的條件下,根據卡門—錢學森公式推導出球殼失穩破壞壓力為:
將相關參數代入式(2)計算可得艉端蓋的失穩破壞壓力為:
=3.52MPa。
由上述結果可看出
,計算載荷小於艉端蓋失穩破壞壓力,因此艉端蓋在工作壓力條件下不會出現失穩現象,設計滿足作業要求。

有限元分析計算

艉端蓋有限元分析
用ANSYS軟體對去流段艉端蓋進行仿真分析計算,結果如圖3 、圖4所示。
圖3和圖4圖3和圖4
由圖3可以看出,除個別應力集中點外(該集中應力在實際結構中會重新分布),艉端蓋應力均小於材料的屈服極限,強度滿足要求。
去流段殼體有限元分析
採用ANSYS有限元軟體對去流段密封殼體進行仿真分析計算,結果如圖5、圖6所示。
由圖5可以看出,除個別應力集中點外(該集中應力在實際結構中會重新分布),殼體的整體安全係數大於3,滿足耐壓殼體強度設計要求。從圖6可以看出,殼體整體失穩安全係數Load Multipiler=6.6658>3,滿足耐壓殼體穩定性設計要求。
圖5和圖6圖5和圖6
去流段艙體外形為樣條曲線,線形複雜,採用傳統的公式不易計算其強度和剛度;艉端蓋為常規的外形,可以採用經典公式進行設計計算。本論文在利用經典公式設計計算的基礎上,同時藉助有限元軟體對去流段艙體進行計算校核。仿真計算結果與經典計算結果具有一致性,具有一定的工程實際意義。

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