錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)總體匹配強(qiáng)度性能研究

肖文勇，黃　旎中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)總體匹配強(qiáng)度性能研究

肖文勇，黃旎
中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)是柱殼與錐殼連接的一種新型結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了柱殼和錐殼的光順連接，具有應(yīng)力分布均勻、結(jié)構(gòu)重量小、最大應(yīng)力部位避開(kāi)了焊縫部位等優(yōu)點(diǎn)。然而，當(dāng)其他結(jié)構(gòu)與其匹配時(shí)，其強(qiáng)度性能會(huì)受到影響。采用ANSYS有限元仿真軟件，對(duì)大型環(huán)向結(jié)構(gòu)、大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、大型縱向結(jié)構(gòu)與錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)的匹配關(guān)系進(jìn)行計(jì)算和分析比較，得到了與不同結(jié)構(gòu)匹配時(shí)的錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能變化曲線，給出了大型環(huán)向結(jié)構(gòu)應(yīng)距環(huán)殼1檔肋位以上、大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)應(yīng)距環(huán)殼2檔肋位以上、大型縱向結(jié)構(gòu)可直接與環(huán)殼連接的結(jié)論。

錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)；總體匹配；強(qiáng)度性能；有限元分析

0　引言

根據(jù)總體布置需求，潛艇耐壓結(jié)構(gòu)往往需要采用不同直徑的耐壓圓柱殼，從而形成了錐柱結(jié)合結(jié)構(gòu)。在錐殼與柱殼的結(jié)合部位，由于結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，使得耐壓船體局部會(huì)產(chǎn)生較高的應(yīng)力，從而削弱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和疲勞性能。可見(jiàn)，錐柱結(jié)合結(jié)構(gòu)是耐壓結(jié)構(gòu)的薄弱部位，會(huì)制約耐壓結(jié)構(gòu)的承載能力。

蔣培林等［1-2］介紹了幾種常見(jiàn)的局部加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式，主要有貼板加強(qiáng)、厚板對(duì)接加強(qiáng)、縱筋加強(qiáng)和厚板削斜等。其中，前2種加強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)在已被淘汰，目前使用較多的是縱筋加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和厚板削斜結(jié)構(gòu)?？v筋加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是制造工藝簡(jiǎn)單，對(duì)建造偏差不敏感，雖可在一定程度上降低結(jié)合區(qū)的縱向應(yīng)力，但應(yīng)力峰值依然較高，且出現(xiàn)了量值較高的拉應(yīng)力。當(dāng)采用高強(qiáng)度鋼時(shí)，錐柱結(jié)合殼結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，易出現(xiàn)疲勞破壞［3-4］。厚板削斜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是應(yīng)力分布較均勻，能有效降低周向應(yīng)力和縱向應(yīng)力，可解決焊縫與高應(yīng)力點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)的問(wèn)題，對(duì)加工偏差不敏感，但結(jié)構(gòu)重量較重，且對(duì)應(yīng)力的降低也有限。

隨著潛艇下潛深度的增加，上述結(jié)構(gòu)形式已逐漸不能滿(mǎn)足使用要求。近年來(lái)，郭日修等［5］提出了一種錐環(huán)柱結(jié)合殼（圖1）的新型結(jié)構(gòu)形式，即在柱殼與錐殼之間嵌入一段環(huán)殼塊，該環(huán)殼塊的兩端分別與柱殼和錐殼相切連接，從而實(shí)現(xiàn)柱殼與錐殼的光順連接，消除結(jié)合部的折角，大幅降低了結(jié)合部的應(yīng)力峰值，且結(jié)合部的最大應(yīng)力也不是出現(xiàn)在環(huán)殼塊與柱殼和錐殼連接的焊縫上。同時(shí)，該種結(jié)構(gòu)形式的重量也較輕。陳志堅(jiān)和白雪飛等［6-7］對(duì)錐環(huán)柱環(huán)殼的強(qiáng)度性能開(kāi)展了理論分析與研究。郭日修等［5，8-11］對(duì)錐環(huán)柱結(jié)合殼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，通過(guò)與錐柱等其他結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度和穩(wěn)定性均高于同樣厚度的其他結(jié)構(gòu)形式，得出了錐環(huán)柱結(jié)合殼結(jié)構(gòu)是一種優(yōu)越結(jié)構(gòu)形式的結(jié)論。肖文勇等［12］對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能進(jìn)行研究，指出了對(duì)錐環(huán)柱環(huán)殼強(qiáng)度性能影響最大的參數(shù)。

圖1　錐環(huán)柱結(jié)合殼結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of cone-toroid-cylinder combined shell

然而，耐壓船體由多種結(jié)構(gòu)集成，不同結(jié)構(gòu)之間的耦合和相互影響不可避免。當(dāng)錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)受到其他結(jié)構(gòu)的干擾時(shí)，其力學(xué)特性會(huì)受到影響，從而影響到耐壓船體結(jié)構(gòu)的安全性。目前，還未檢索到有關(guān)錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)總體匹配強(qiáng)度性能研究方面的文獻(xiàn)資料，因此，有必要開(kāi)展這方面的研究，以給出錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)與不同結(jié)構(gòu)之間的合理匹配關(guān)系。鑒于相關(guān)規(guī)范只考核錐環(huán)柱環(huán)殼的內(nèi)表面縱向應(yīng)力，因此，錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)總體匹配的指標(biāo)是：環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)表面縱向應(yīng)力的增加量不大于5%，且不超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度。

本文將采用ANSYS有限元軟件，分別建立錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)與大型環(huán)向結(jié)構(gòu)、大型縱向結(jié)構(gòu)和大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體匹配結(jié)構(gòu)有限元模型，開(kāi)展系列匹配性分析，計(jì)算相關(guān)匹配結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)殼強(qiáng)度性能的影響，從而為錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

1　錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)與大型環(huán)向結(jié)構(gòu)的總體匹配

對(duì)于大型環(huán)向結(jié)構(gòu)，采用大肋骨來(lái)模擬。模型主要計(jì)算參數(shù)如下：柱殼板厚10 mm，錐殼段板厚10mm，半錐角為12°；環(huán)殼半徑733 mm，板厚11.33 mm；肋骨間距200 mm。需要說(shuō)明的是，本文中的所有計(jì)算模型均為實(shí)際結(jié)構(gòu)的縮比模型，相應(yīng)的殼板厚度均是按相同的縮比比例計(jì)算得到。

本文分別對(duì)無(wú)大肋骨（方案1）、大肋骨位于距環(huán)殼1檔肋位的柱殼（方案2）、大肋骨位于環(huán)殼柱殼段（方案3）、大肋骨位于環(huán)殼錐殼段（方案4）、大肋骨位于距環(huán)殼1檔肋位的錐殼（方案5）和大肋骨位于環(huán)殼中部（方案6）這6種匹配關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算比較。選取環(huán)殼段及其前部1檔錐殼和后部1檔柱殼作為研究對(duì)象，柱殼段坐標(biāo)區(qū)間為0～200 mm，環(huán)殼段坐標(biāo)區(qū)間為200～400mm，錐殼段坐標(biāo)區(qū)間為400～600mm（以下與此相同）。

由于為軸對(duì)稱(chēng)模型，故采用軸對(duì)稱(chēng)平面單元Plane 42，選取耐壓船體縱向剖面進(jìn)行計(jì)算，模型網(wǎng)格大小設(shè)定為2mm。6種方案的有限元模型如圖2所示。在耐壓船體外表面施加計(jì)算靜水壓力，在錐殼端部施加剛性固定邊界條件，在柱殼端部施加靜水壓力產(chǎn)生的縱向力。對(duì)于凸錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)，主要考核環(huán)殼內(nèi)表面縱向應(yīng)力的水平。6種方案的內(nèi)表面縱向應(yīng)力分布曲線如圖3所示，帶有大型環(huán)向結(jié)構(gòu)的環(huán)殼強(qiáng)度性能比較如表1所示。

圖2　帶大型環(huán)向結(jié)構(gòu)的錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The cone-toroid-cylinder combined shell with the large ringed structure

圖3　大型環(huán)向結(jié)構(gòu)不同位置時(shí)的內(nèi)表面縱向應(yīng)力分布曲線Fig.3 The curves of inner longitudinal stressof toroid shells with large ringed structure in different positions

表1　帶大型環(huán)向結(jié)構(gòu)的環(huán)殼強(qiáng)度性能比較表Tab.1 The strength behavior com parison of toroid shells w ith different large ringed structures

由圖3和表1可以得出如下結(jié)論：

1）沒(méi)有大肋骨時(shí)，環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)表面縱向應(yīng)力水平與肋骨1和肋骨4（肋骨編號(hào)見(jiàn)圖2）處的耐壓船體殼板內(nèi)表面縱向應(yīng)力水平相當(dāng)，約為-622 MPa；同時(shí)，受環(huán)殼的影響，環(huán)殼上肋骨2和肋骨3處的耐壓船體殼板內(nèi)表面縱向應(yīng)力水平（約為-490 MPa）明顯低于肋骨1和肋骨4處耐壓船體殼板內(nèi)表面縱向應(yīng)力水平。

2）當(dāng)大肋骨位于環(huán)殼中點(diǎn)時(shí)，環(huán)殼的內(nèi)表面縱向應(yīng)力水平有很大程度的增加。

3）當(dāng)大肋骨位于肋骨2和肋骨3的位置時(shí)，環(huán)殼內(nèi)表面整體縱向應(yīng)力水平也有一定程度的增加。

4）當(dāng)大肋骨位于肋骨1和肋骨4的位置時(shí)，環(huán)殼的應(yīng)力分布和水平與沒(méi)有大肋骨的環(huán)殼應(yīng)力分布和水平幾乎一致。

5）通過(guò)上述對(duì)比分析，為盡量減少大型環(huán)向結(jié)構(gòu)（大肋骨和艙壁）對(duì)環(huán)殼強(qiáng)度性能的影響，建議大型環(huán)向結(jié)構(gòu)與環(huán)殼結(jié)構(gòu)的距離應(yīng)在1檔肋位以上。

2　錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)與大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體匹配

對(duì)于大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，采用切斷2根肋骨的開(kāi)孔圍欄來(lái)模擬。模型主要計(jì)算參數(shù)如下：柱殼板厚10mm，錐殼段板厚10mm，半錐角為12°；環(huán)殼半徑833 mm，板厚11.33 mm，肋骨間距200 mm。

本文分別對(duì)無(wú)大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)（方案1）、大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與環(huán)殼相鄰（方案2）、大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)距環(huán)殼1檔肋位（方案3）、大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)距環(huán)殼2檔肋位（方案4）這4種匹配關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算比較，4種計(jì)算方案如圖4所示。選取環(huán)殼段作為研究對(duì)象，分析大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)殼強(qiáng)度性能的影響，獲得大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與環(huán)殼的最佳匹配方案。

圖4　帶大型開(kāi)孔加強(qiáng)的錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)圖Fig.4 The cone-toroid-cylinder combined shell with the large hatch reinforce structure

模型采用殼單元Shell63模擬，模型網(wǎng)格大小設(shè)定為2mm，4種方案的有限元計(jì)算模型如圖5所示。在耐壓船體外表面施加計(jì)算靜水壓力，在錐殼端部施加剛性固定邊界條件，在柱殼端部施加靜水壓力產(chǎn)生的縱向力。4種方案的環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)表面縱向應(yīng)力沿周向分布的曲線如圖6所示，與大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)同一母線方向的環(huán)殼內(nèi)表面縱向應(yīng)力沿縱向分布的曲線如圖7所示，帶有開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的環(huán)殼強(qiáng)度性能比較如表2所示。

由圖6、圖7和表2可得出如下結(jié)論：

1）大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與環(huán)殼的距離對(duì)環(huán)殼的強(qiáng)度性能存在一定的影響。距離越近，對(duì)環(huán)殼強(qiáng)度性能的影響越大。當(dāng)大開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)距環(huán)殼2檔肋位以上時(shí)，對(duì)環(huán)殼強(qiáng)度性能的影響很小，幾乎可以忽略不計(jì)。

2）當(dāng)有大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)時(shí)，與大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)同一母線處的環(huán)殼內(nèi)表面縱向應(yīng)力和中面周向應(yīng)力最大，沿兩側(cè)的周向逐漸減少。

3）通過(guò)上述對(duì)比分析，為盡量減少大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)錐環(huán)柱環(huán)殼強(qiáng)度性能的影響，建議大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與環(huán)殼結(jié)構(gòu)的距離應(yīng)在1檔肋位以上。

圖5　帶大型開(kāi)孔加強(qiáng)的錐環(huán)柱有限元計(jì)算模型Fig.5 The finite elementmodel of cone-toroid-cylinder combined shellwith the large hatch reinforce structure

圖6　環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)表面縱向應(yīng)力沿周向分布曲線Fig.6 The curves of inner longitudinal stressof the toroid shellsm idpointalong the circum ference

圖7　環(huán)殼內(nèi)表面縱向應(yīng)力沿縱向分布曲線Fig.7 The curvesof inner longitudinalstress of the toroid shellsalong the longitude

表2　帶大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的環(huán)殼強(qiáng)度性能比較表Tab.2 The strength behavior com parison of toroid shells w ith the different large hatch reinforce structures

3錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)與大型縱向結(jié)構(gòu)的總體匹配

由于大型縱向結(jié)構(gòu)的縱向布置長(zhǎng)度較長(zhǎng)、剛度大，故其與環(huán)殼的連接不可避免。計(jì)算了2組大型縱向結(jié)構(gòu)：第1組是大型雙縱向結(jié)構(gòu)，用來(lái)模擬距離較近的2個(gè)大型縱向基座；第2組是大型單縱向結(jié)構(gòu)，用來(lái)模擬單個(gè)大型縱向基座和船體底部中縱桁板。帶有大型縱向結(jié)構(gòu)的錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)如圖8所示。模型主要計(jì)算參數(shù)如下：柱殼板厚10mm，錐殼段板厚10mm，半錐角為12°；環(huán)殼半徑833mm，板厚11.33mm；肋骨間距200mm。

模型采用殼單元Shell63模擬，模型網(wǎng)格大小設(shè)定為2 mm。選取環(huán)殼段作為研究對(duì)象，分析大型縱向結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)殼強(qiáng)度性能的影響，有限元計(jì)算模型如圖9所示。

在耐壓船體外表面施加計(jì)算靜水壓力，在錐殼端部施加剛性固定邊界條件，在柱殼端部施加靜水壓力產(chǎn)生的縱向力。環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)、外表面和中面的縱向應(yīng)力沿周向的分布曲線如圖10所示，環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)、外表面和中面的周向應(yīng)力沿周向的分布曲線如圖11所示，帶有大型縱向結(jié)構(gòu)的環(huán)殼強(qiáng)度性能比較如表3所示。

圖8　帶大型縱向結(jié)構(gòu)的錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)圖Fig.8 The cone-toroid-cylinder combined shellwith the large longitudinalstructure

圖9　帶有大型縱向結(jié)構(gòu)的錐環(huán)柱有限元計(jì)算模型Fig.9 The finite elementmodel of cone-toroid-cylinder combined shellwith the large longitudinal structure

圖10　環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)、外表面和中面縱向應(yīng)力沿周向分布曲線Fig.10 The curvesof inner，outerandmiddle longitudinal stress of the toroid shellsmidpointalong the circum ference

圖11　環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)、外表面和中面的周向應(yīng)力沿周向分布曲線Fig.11 Thecurvesofinner，outerandmiddle circumferentialstress of the toroid shellsmidpointalong the circum ference

表3　帶大型縱向結(jié)構(gòu)的環(huán)殼強(qiáng)度性能比較表Tab.3 The strength behavior com parison of toroid shellsw ith the large longitudinal structure

由圖10、圖11和表3可以得出如下結(jié)論：

1）在大型縱向結(jié)構(gòu)處，環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)表面的縱向應(yīng)力明顯減少，環(huán)殼外表面的縱向應(yīng)力明顯增加。和無(wú)縱向結(jié)構(gòu)部位相比，縱向結(jié)構(gòu)處環(huán)殼的整體縱向應(yīng)力水平未增加。

2）越靠近大型縱向結(jié)構(gòu)，環(huán)殼中點(diǎn)內(nèi)、外表面和中面的周向應(yīng)力增加越明顯，尤其是在大型縱向結(jié)構(gòu)處，外表面的周向應(yīng)力增幅較大。但中面的周向應(yīng)力水平整體不高。

3）大型單縱向結(jié)構(gòu)與大型雙縱向結(jié)構(gòu)處的環(huán)殼應(yīng)力分布規(guī)律相似，應(yīng)力水平相當(dāng)。

4）通過(guò)上述對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)大型縱向結(jié)構(gòu)對(duì)錐環(huán)柱環(huán)殼的強(qiáng)度性能存在一定的影響，但環(huán)殼內(nèi)表面的縱向應(yīng)力和中面周向應(yīng)力的整體應(yīng)力水平不高。因此，大型縱向結(jié)構(gòu)可與環(huán)殼直接匹配連接。

4　結(jié)論

錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)是一種優(yōu)秀的錐殼與柱殼連接的結(jié)構(gòu)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。研究錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)形式的匹配關(guān)系，可以更精確地得到錐環(huán)柱環(huán)殼強(qiáng)度性能變化規(guī)律，確定出合理的匹配關(guān)系，為錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用提供參考。本文從與錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)實(shí)際匹配的幾種結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)與大型環(huán)向結(jié)構(gòu)、大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和大型縱向結(jié)構(gòu)的總體匹配關(guān)系和影響，得出如下結(jié)論：

1）為盡量減少大型環(huán)向結(jié)構(gòu)（大肋骨和艙壁）對(duì)環(huán)殼強(qiáng)度性能的影響，建議大型環(huán)向結(jié)構(gòu)與環(huán)殼結(jié)構(gòu)的距離應(yīng)在1檔肋位以上。

2）為盡量減少大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)錐環(huán)柱環(huán)殼強(qiáng)度性能的影響，建議大型開(kāi)孔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與環(huán)殼結(jié)構(gòu)的距離應(yīng)在2檔肋位以上。

3）當(dāng)大型縱向結(jié)構(gòu)與環(huán)殼匹配時(shí)，對(duì)環(huán)殼的總體影響不大，可與環(huán)殼直接匹配連接。

［1］蔣培林，宋學(xué)斌.潛艇錐柱結(jié)合殼加強(qiáng)形式研究［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，1998（6）：8-13.

［2］許兵，蔣培林.錐柱結(jié)合殼加強(qiáng)形式應(yīng)用研究［J］.船舶工程，2004，26（3）：16-20. XU Bing，JIANG Peilin.Research on application of cone-cylinder joint's reinforcement structure［J］.Ship Engineering，2004，26（3）：16-20.

［3］白雪飛，郭日修.潛艇耐壓艇體縱筋加強(qiáng)錐—柱結(jié)合殼力學(xué)行為的分析［C］//第七屆船舶力學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)全體會(huì)議論文集，2010：516-520.

［4］戴自昶.縱筋加強(qiáng)的凸錐柱結(jié)合殼應(yīng)力狀態(tài)的有限元分析［J］.計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)及其應(yīng)用，1991，8（3）：305-312. DAI Zichang.Finite element analysis of stress condition for convex cone-cylindrical jointed shell stiffened with longitudinals［J］.Computational Structural Mechanics and Applications，1991，8（3）：305-312.

［5］郭日修，呂巖松，黃加強(qiáng)，等.加肋錐-環(huán)-柱結(jié)合殼試驗(yàn)研究［J］.船舶力學(xué)，2008，12（2）：252-257. GUO Rixiu，LV Yansong，HUANG Jiaqiang，et al.Experimental research on the ring-stiffened cone-toroid-cylinder combination shell［J］.Journal of Ship Mechanics，2008，12（2）：252-257.

［6］陳志堅(jiān)，郭日修.加肋軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)殼非線性穩(wěn)定性分析［J］.中國(guó)造船，2004，45（1）：54-60. CHEN Zhijian，GUO Rixiu.Nonlinear stability analysis of ring-stiffened axial symmetrical shell of revolution［J］.Shipbuilding of China，2004，45（1）：54-60.

［7］白雪飛，任文敏，郭日修.組合加肋旋轉(zhuǎn)殼應(yīng)力和穩(wěn)定性分析的Riccati傳遞矩陣法［J］.工程力學(xué)，2008，25（3）：18-25. BAIXuefei，REN Wenmin，GUO Rixiu.Stress and stability analysis of ring-stiffened joined revolutionary shell using Riccati transfer matrix method［J］.Engineering Mechanics，2008，25（3）：18-25.

［8］白雪飛，陳昕，丁錦超，等.凹型加肋錐—環(huán)—柱結(jié)合殼強(qiáng)度的模型試驗(yàn)研究［J］.船舶力學(xué)，2006，10（2）：65-72. BAI Xuefei，CHEN Xin，DING Jinchao，et al.Exper imental resear chof the strength of ring-stiffened concave cone-toroid-cylinder combined shell［J］.Journal of Ship Mechanics，2006，10（2）：65-72.

［9］呂巖松，郭日修.含凸、凹型加肋錐-環(huán)-柱結(jié)合殼的連接結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究［J］.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（9）：1140-1143. LV Yansong，GUO Rixiu.Experimental research on the ring-stiffened convex and concave cone-toroid-cylinder combination shell［J］.Journal of Harbin Engineering University，2011，32（9）：1140-1143.

［10］黃加強(qiáng)，郭日修.加肋錐-環(huán)-柱組合殼強(qiáng)度及穩(wěn)定性模型實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國(guó)造船，1998（4）：57-65. HUANG Jiaqiang，GUORixiu.Modelexperimental research on stresses and stability of ring-stiffened cone-toroid-cylinder combined shell［J］.Shipbuilding of China，1998（4）：57-65.

［11］郭日修，呂巖松.凹型加肋錐-環(huán)-柱結(jié)合殼局部加強(qiáng)方式的研究［J］.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31 （2）：170-176. GUO Rixiu，LV Yansong.Research on local strengthening modes for ring-stiffened concave cone-toroid-cylinder combination shells［J］.Journal of Harbin Engineering University，2010，31（2）：170-176.

［12］肖文勇，黃旎.不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的錐環(huán)柱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能分析［J］.船海工程，2015（1）：19-22，28. XIAOWenyong，HUANG Ni.A structural parametric study on the the strength of the cone-toroid-cylinder combined shell［J］.Ship&Ocean Engineering，2015 （1）：19-22，28.

［責(zé)任編輯：盧圣芳］

The generalmatching study on the strength behavior of the cone-toroid-cylindercom bined shell

XIAO Wenyong，HUANG Ni China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

The cone-toroid-cylinder combined shell，a new-type structure connecting the cylinder shell and the cone shell，has advantages of uniform stress distribution，small structure weight，and the maximum stress position avoiding the welding line because of the smooth connection between the cylinder shell and the cone shell.However，the strength behavior of the cone-toroid-cylinder combined shell will be heavily affected when connecting with other structures.The influence of the large ringed structure，the large hatch reinforce structure，the large longitudinal structure on the the strength behavior of the cone-toroid-cylinder combined shell is investigated in this paper with the finite element method with ANSYS.The strength behavior curve of the cone-toroid-cylinder combined shell matching with other structures is also obtained.It is concluded that the large ringed structure should be placed over one frame spacing away from the cone-toroid-cylinder combined shell，and the large hatch reinforce structure should be placed over two frames spacing away from the cone-toroid-cylinder combined shell，while the large longitudinal structure can be directly connected with the cone-toroid-cylinder combined shell.

cone-toroid-cylinder combined shell；generalmatching；strength behavior；finite element method

U661.43

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.010

2014-12-23網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-7-28 17:25:29

肖文勇（通信作者），男，1979年生，碩士，工程師。研究方向：船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。E-mail：xiaowenyong1207@126.com黃旎，女，1984年生，博士，工程師。研究方向：船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)