现代潜艇结构强度的理论与试验PDF电子书下载

第一章　损伤力学在潜艇结构选材及强度分析中的应用 1

1.1 概述 1

1.2 近代物理的金属变形理论 2

1.2.1 材料的微观结构和材料的理论强度 2

1.2.2 金属材料晶体格栅中的缺陷及塑性变形的本质 3

1.2.3 金属材料强化的机理 6

1.3 损伤力学的线性理论和非线性理论 7

1.3.1 物体损伤时的线弹性力学理论 8

1.3.2 损伤力学的非线性理论 17

1.4 损伤力学理论用于潜艇结构设计选材中的考虑 23

1.4.1 结构的破坏形式 23

1.4.2 韧性破坏与脆性破坏的物理模型及其主要的影响参数 24

1.4.3 防断设计中材料与结构的有关特征参数指标的确定与选取 26

参考文献 32

第二章　潜艇外载荷及其安全系数的确定 33

2.1 作用在潜艇耐压壳体上外载荷的量值及其特征 33

2.2 常规深度潜艇耐压壳体强度计算载荷的确定 35

2.2.1 结构设计中安全储备的处理方法 35

2.2.2 影响常规深度潜艇安全储备的因素及其处理方法 36

2.2.3 常规深度潜艇安全系数K的确定 38

2.3 确定大深度潜艇安全系数K值的基本原则 40

2.3.1 合理确定大深度潜艇计算载荷的意义 40

2.3.2 影响大深度潜艇安全储备的诸因素分析 41

参考文献 44

第三章　潜艇耐压圆柱壳的强度与稳定性 45

3.1 潜艇耐压圆柱壳的强度 45

3.1.1 在静水压力作用下轴对称圆柱壳弯曲的基本微分方程式及其解 45

3.1.2 潜艇耐压圆柱壳几个关键部位应力的计算 47

3.1.3 肋骨偏心对圆柱壳壳板和肋骨应力的影响 48

3.2 潜艇耐压圆柱壳的稳定性 53

3.2.1 潜艇耐压圆柱壳稳定性设计计算的基本原理 53

3.2.2 计及肋骨影响的潜艇耐压圆柱壳纵剖面的中面力 53

3.2.3 横向均匀分布载荷和中面力功的计算 55

3.2.4 局部失稳和总体失稳的理论欧拉载荷 56

3.2.5 几何修正系数和物理修正系数 57

3.2.6 结构实际失稳临界压力及其设计准则 58

3.3 潜艇耐压圆柱壳弹塑性失稳的理论计算方法 59

3.3.1 潜艇耐压圆柱壳的弹塑性失稳系数 59

3.3.2 潜艇耐压圆柱壳小挠度弹塑性失稳临界压力的理论计算方法 61

3.3.3 计及初始挠度的潜艇耐压圆柱壳大挠度弹塑性失稳临界压力的理论计算方法 67

3.4 半圆环壳型肋骨加强的潜艇耐压圆柱壳的强度与稳定性 75

3.4.1 半圆环壳型肋骨 75

3.4.2 半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳应力与稳定性的简化计算方法 76

3.4.3 模型试验验证 78

参考文献 79

第四章 环肋锥柱结合壳的总体稳定性及其塑性极限分析 81

4.1 环肋锥柱结合壳舱段的总体稳定性 81

4.2 “相当柱壳”法 81

4.3 分区样条等参元法 83

4.3.1 单元刚度阵、载荷阵 83

4.3.2 区域刚度阵、载荷阵 85

4.3.3 结构总刚度阵、载荷阵 86

4.3.4 环肋锥—环—柱结合壳的强度和稳定性分析 86

4.4 环肋锥柱结合壳舱段总体失稳临界压力的近似简化计算方法 87

4.4.1 直母线壳体的定义 87

4.4.2 凸锥柱结合壳舱段总体失稳临界压力的近似简化计算方法 88

4.4.3 凹锥柱结合壳舱段总体失稳临界压力的近似简化计算方法 89

4.4.4 计算结果与试验结果的比较 90

4.5 环肋锥柱结合壳与锥锥结合壳转折区的塑性极限分析 92

4.5.1 求解薄壳结构极限承载能力问题的能量法 93

4.5.2 环肋凸锥柱结合壳转折区的塑性极限分析 96

4.5.3 环肋凹锥柱结合壳转折区的塑性极限分析 104

4.5.4 环肋锥锥结合壳转折区的塑性极限分析 112

参考文献 119

第五章 潜艇结构疲劳寿命的估算方法 120

5.1 现代潜艇结构的疲劳问题 120

5.2 潜艇在不同下潜深度时的当量寿命折算方法 121

5.3 潜艇工艺寿命的评估方法 123

5.3.1 潜艇工艺寿命的定义 123

5.3.2 潜艇工艺寿命的估算方法——局部应力—应变法 123

5.4 潜艇使用寿命的评估方法 128

5.4.1 潜艇使用寿命的定义 128

5.4.2 裂纹扩展寿命的理论计算方法 128

5.4.3 应力强度因子变化值的计算 129

5.5 提高潜艇结构疲劳寿命的设计和工艺措施 132

5.5.1 潜艇结构疲劳损伤产生的原因 132

5.5.2 提高潜艇结构疲劳寿命的途径 132

5.5.3 改变结构中已存在的拉伸残余应力的工艺措施 134

5.5.4 提高结构疲劳使用寿命的超声冲击技术 136

参考文献 140

第六章 潜艇耐压圆柱壳开孔的设计计算方法 142

6.1 圆柱壳开孔问题的基本方程 142

6.2 围壁加强的圆柱壳开孔应力集中系数的近似计算方法 142

6.2.1 近似简化假定 143

6.2.2 变分方程 143

6.2.3 基本方程式的解 144

6.2.4 待定系数的确定 146

6.2.5 围壁加强的圆柱壳开孔应力集中系数的计算 150

6.2.6 加强围壁的应力系数的计算 151

6.3 围壁加强的球壳开孔应力集中系数的计算方法 152

6.3.1 球形扁壳在正交主曲率坐标系中的基本方程 152

6.3.2 近似简化假定 154

6.3.3 基本方程求解 154

6.3.4 待定系数的确定 155

6.3.5 应力系数的计算 158

6.4 围壁、嵌入厚板组合加强的圆柱壳开孔应力集中系数的近似计算方法 159

6.4.1 组合加强圆柱壳开孔的求解 159

6.4.2 组合加强的圆柱壳开孔应力集中系数的计算 160

6.5 围壁、嵌入厚板组合加强的球壳开孔应力集中系数的近似计算方法 166

6.5.1 组合加强球壳开孔的求解 166

6.5.2 待定系数的确定 167

6.5.3 组合加强的球壳开孔应力集中系数的计算 171

6.6 围壁加强的圆形开孔环肋圆柱壳在静水外压下破坏压力的确定 172

6.6.1 试验现象与假定 173

6.6.2 静力平衡分析 173

6.7 双排开孔结构强度的计算 176

6.7.1 双排连续开孔孔口应力集中系数计算 176

6.7.2 关于孔间平均应力 177

6.7.3 双排连续开孔结构承载能力 178

6.7.4 关于肋骨应力 179

参考文献 180

第七章 潜艇耐压液舱 181

7.1 实肋板式潜艇耐压液舱结构的静力特性 181

7.1.1 潜艇耐压液舱的布置方式与结构形式 181

7.1.2 实肋板式耐压液舱结构的静力特性 182

7.2 无加强耐压液舱的应力分析 183

7.2.1 基本假定与力学模型 183

7.2.2 耐压液舱结构的整体求解 185

7.2.3 无加强耐压液舱的应力计算 192

7.3 无加强耐压液舱的液舱壳板稳定性和耐压船体壳板承载能力分析 194

7.3.1 液舱壳板稳定性 194

7.3.2 耐压船体壳板承载能力 195

7.4 纵骨加强的耐压液舱应力分析 198

7.4.1 基本假定与力学模型 198

7.4.2 纵骨加强的耐压液舱整体求解 198

7.4.3 纵骨加强的耐压液舱应力计算 200

7.5 纵骨加强的耐压液舱壳板稳定性和耐压船体壳板承载能力分析 204

7.5.1 液舱壳板稳定性 204

7.5.2 耐压船体壳板承载能力 206

7.6 中间支骨加强的耐压液舱的应力分析 206

7.6.1 基本假定与力学模型 206

7.6.2 中间支骨加强的耐压液舱整体求解 206

7.6.3 中间支骨加强的耐压液舱应力计算 211

7.7 中间支骨加强的耐压液舱壳板稳定性和耐压船体壳板承载能力分析 213

7.7.1 液舱壳板稳定性 213

7.7.2 耐压船体壳板承载能力 214

7.8 液舱壳板和耐压船体壳板均采用纵骨加强的耐压液舱 214

7.8.1 基本假定与力学模型 215

7.8.2 耐压液舱的整体求解 215

7.8.3 液舱壳板和耐压船体壳板均采用纵骨加强的耐压液舱应力分析 217

7.8.4 液舱壳板和耐压船体壳板均采用纵骨加强的耐压液舱的液舱壳板稳定性和耐压船体壳板承载能力 220

7.9 实肋板板格及加强筋稳定性分析 220

7.9.1 实肋板板格稳定性 220

7.9.2 径向加强筋稳定性 223

7.10 耐压液舱端部横舱壁应力分析 223

7.10.1 板边缘上的弯曲应力 224

7.10.2 径向加强筋自由翼缘上的弯曲应力 224

7.10.3 径向加强筋端部剖面腹板上的剪应力 224

参考文献 225

第八章 潜艇舱壁计算 226

8.1 内部球面舱壁的应力分析 226

8.1.1 内部球面舱壁的巴泼柯维奇解法 226

8.1.2 内部球面舱壁的应力计算 237

8.2 内部球面舱壁的稳定性分析 240

8.3 端部球面舱壁的应力分析 245

8.3.1 回转壳解析法的求解结果 245

8.3.2 弹性基础梁的近似求解结果 249

8.4 端部球面舱壁的稳定性分析 253

参考文献 254

第九章 潜艇结构模型试验技术 255

9.1 模型设计原理和方法 255

9.1.1 潜艇结构模型试验研究的目的 255

9.1.2 试验结构模型的相似关系 255

9.1.3 模型封头边缘力的影响及处理方法 259

9.1.4 整体舱段模型的设计原则和方法 262

9.1.5 局部分段模型的设计方法 263

9.2 模型静强度试验方法 265

9.2.1 试验设备及试验方法 265

9.2.2 模型试验应变测量布点方案 267

9.2.3 模型初挠度测量方法 268

9.3 应变测量技术 272

9.3.1 应变测量的基本原理 272

9.3.2 应变测量系统 274

9.3.3 电阻应变片的粘贴与防潮技术 275

9.3.4 应变片的压力效应分析 276

9.3.5 应变测量中的数据处理 277

9.4 试验结果分析 278

9.4.1 结构强度分析比较 278

9.4.2 承载能力比较和分析 280

9.4.3 波形分析 282

9.5 潜艇结构模型外压疲劳试验方法 283

9.5.1 试验目的 283

9.5.2 系统加载原理 283

9.5.3 自动循环加、卸载系统 284

9.5.4 模型疲劳裂纹检测方法 285

参考文献 286

第十章 实船强度测试技术 287

10.1 潜艇耐压船体船台液压试验方法 287

10.1.1 试水试验的理论依据 287

10.1.2 试水试验方法 289

10.1.3 贴片方案及应变测量要求 291

10.2 实船深潜试验结构安全监测的目的和方法 294

10.2.1 深潜试验结构安全监测的目的 294

10.2.2 应变和位移测点的布置 295

10.2.3 监测系统的组成和要求 297

10.3 海洋环境测量及环境温度对应变测量的影响 300

10.3.1 深潜试验海洋环境测量 300

10.3.2 海洋环境温度对应变测量影响的分析 302

10.3.3 导线温度漂移应变实测及比较 304

10.3.4 消除环境温度对应变测量干扰的主要措施 305

10.4 深潜试验实艇下潜过程中实时监测和安全判断 306

10.4.1 结构安全实时分析判断的依据 306

10.4.2 安全监测初始平衡“0”位的选择 306

10.4.3 试验程序 306

10.4.4 实时安全监测和分析判断 307

10.5 在役潜艇深潜试验结构安全监测 308

10.5.1 对耐压结构进行全船勘验和厚度测量 309

10.5.2 耐压船体的安全评估和最大下潜深度的确定 309

10.5.3 测点布置方案 310

10.5.4 实时安全监测分析 310

10.6 声发射技术的基本概念和检测原理 312

10.6.1 声发射及声发射源 312

10.6.2 凯泽（Kaiser）效应和费利西蒂（Felicity）效应 312

10.6.3 声发射波的传播 313

10.6.4 弹性波的衰减 315

10.6.5 声发射检测的基本原理 316

10.6.6 声发射信号的处理和分析 317

10.6.7 声发射信号的定位方法 319

10.7 声发射检测在潜艇实船试水试验中的应用 323

10.7.1 声发射检测系统简介 323

10.7.2 潜艇试水试验中的声发射检测 324

参考文献 330