基于ANSYS大深度水下照明灯壳体的结构应力分析
基于ANSYS Workbench水下航行器壳体的有限元分析
水 下航行 器 作 为 国 防 工业 的重 要 产 品 ， 其 生 产
好产 品 生产 的前期 工 作 ， 以保 证 成 品 的结 构 合 理 和
加工 要求 相对 较 高 ， 制造 成 本 高 昂 。在 对 其 进 行 设
数值 信 息 ， 避 免 结构设 计 缺 陷导致 的应 力 集 中及 共振 问题 。缩 短 了研 发 时 间 ， 减 少 了设 计人 员的 工作 量 ，
降低 了研 发 成本 ； 同时 ， 给 壳体结 构 的改进 指 明 了方 向 ， 为 实体 的顺利 生 产提 供 了可靠 的参考依 据 。
关键 词 ： 有 限元 ； 结 构优化 ； 应 力； 模 态； 固有频 率
设计 计 算
试 验研 究
基于 ＡＮ Ｓ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ水下航行器壳体 的有 限元分析＊
姜发 展 ， 李世芸 ， 师健 宏
（ 昆明 理 工 大 学 机 电 学 院 ， 云南 昆明 ６ ５ ０ ５ ０ ０ ）
摘 要 ： 通过 几何 制 图软 件 ， 建 立 了某 水 下航 行 器 壳体 的有 限元 数 值 模 型 ； 在 有 限 元 分析 软 件 中， 对 该模 型进行 了应 力及 关键 部位 的模 态分析 ； 确 定 了该 水下航 行 器 壳体 结构 的最 大应 力 和 固有频 率等相 关
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｆｉ ｎｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎｔ Ａｎ ａｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｕｎｄ ｅ ｒ ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｖｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ Ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａ ＮＳ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋｂ ｅ ｎｃ ｈ
ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ，ｌ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ａ ｆ ｆ ｗｏ ｒ ｋ —
灯罩有限元分析实验报告
1.实验目的：为了能够熟练掌握有限元软件的基本操作，对有限元力学分析有更一步的认识和理解，将有有限元力学分析结果与实验结果进行对比，结合实际情况，找出两者之间的差别，并进行分析和讨论，以便于更好的进行实验和仿真。
2.压力实验2.1实验仪器万能试验机一台，实验过程中缓慢压缩，所以压力机速度设置为22mm/min2.2 实验对象采用日常中常见的台灯的金属灯罩为研究对象，用游标卡尺测量灯罩结构的尺寸，灯罩表面为大头端直径为200mm，小头端直径为80mm，长度为180mm，表面圆弧半径为220mm，实物图如下所示。
图1 灯罩实物图2.3 实验结果利用压力压缩灯罩结构，记录压缩过程中应力应变曲线，如下图所示。
图2 实验应力应变曲线3. 有限元分析3.1有限元建模根据测量尺寸在workbench中进行几何模型建立，灯罩结构的厚度较薄，所以建立面体，采用壳单元进行建模，几何模型如下所示图3 几何模型材料弹性模量为应力比上应变，参考应力应变曲线，可取等效弹性模量为380MPa，泊松比取经验值0.33.2 网格划分网格尺寸设置为5mm，采用面映射进行网格划分，网格为全四边形网格，网格模型如下所示，其中网格总数为2442，节点总数为2516。
图4 有限元网格模型建立两个刚性面，分别模拟实验台上的夹具，固定下端刚性面，上盖刚性面施加载荷325.3N，观察计算结果。
图5 载荷约束条件3.3分析结果整体位移云图、应力和应变云图如下所示，可以看出此时的最大应变为0.02，而分析的最大应力为14.3MPa，对应实验时候的应力为13.95MPa，仿真结果和试验结果非常接近。
图6 位移云图图7 应力云图图8 应变云图4. 实验结论仿真结果和实验结果具有很好的一致性，仿真发现，材料参数不同，仿真结果也不同，而用实验实测的材料参数可使仿真结果更加精确通过多次仿真发现，网格的变化和加载以及约束条件等不合理设置都会引起计算结果不准确，应尽可能与实际情况保持一致。
基于ANSYS的LED路灯翅片散热器仿真分析
基于ANSYS的LED路灯翅片散热器仿真分析摘要：LED路灯翅片散热技术实用、可靠，是目前LED路灯散热的主要技术方式[1]。
本文以30W型LED路灯为研究对象，在单因素变量情况下，基于ANSYS仿真，分析基板厚度、翅片厚度、高度、间距对散热器散热性能的影响。
关键词：LED路灯、翅片散热器、ANSYS、仿真分析1.引言本文以30W型LED路灯为研究对象，分析翅片散热器的外形参数对散热效果的影响。
环境温度为25℃，自然对流换热系数为10W(m2·K)-1，散热器材料为AA1017铝合金。
以1.5mm×1.5mm×0.25mmSiC为LED芯片衬底。
用1.5mm×1.5mm×1mm导电银胶将铝基板和芯片相连。
LED路灯散热系统中各材料导热系数[2]如表1.1：图1.1 LED路灯翅片散热器结构简图(1)2.翅片对LED芯片结温影响的仿真分析在ANSYS中，当散热器基板为160mm×120mm×13mm时，在不加翅片的情况下，基于SiC芯片、银导电胶、散热器基本的外形尺寸，30W型LED路灯模型如图2.1：图2.2 模拟温度云图由图2.2可知，在不加散热器翅片时，散热器基板（天蓝色）温度为76.27℃，LED 芯片（红色）温度为96.9157 ℃。
根据LED结温与其使用寿命的关系曲线，[3、4]当结温为96.9℃时，LED的使用期限会明显缩短。
为探究翅片对散热性能的作用，基于图2.1所示结构，为其添加翅片，假设翅片厚度为10mm，高度为60mm，相邻翅片间距为20mm,其仿真结果如图2.3：图2.3 模拟温度云图由图2.3可知，在添加翅片后，散热器基板（深蓝色）温度为36.1℃，LED芯片（红色）温度为57.2℃，LED寿命延长数10倍。
对比图2.2和图2.3的仿真结果，可知加入翅片后，散热器基板和LED芯片的温度下降明显。
由此可见，翅片显著改变了散热器的散热效果。
基于ANSYS子模型法在大型化工设备结构应力分析中的应用
是把子模型从整个较粗模型分开的迈界 ， 粗模型在
切割 边界 上 的计算 位移 即为 子模 型 的位 移边 界条 件 引 。子模 型分 析过 程 一 般 包 括 建立 和 分 析 粗模 型 、
基于 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 子模 型法在大型化工设备结构应力分析 中的应用
建立 子模 型 、 成切 割 边 界 插 值 及 分析 子 模 型 ４个 生 步骤 。子模 型 只对 体 单 元 和 壳 单元 有 效 ， 比较 常 见 的整 体模 型 和子模 型一 般有 壳到 壳 、 到体 技术 ， 体 本 文使 用 的是较 特殊 的壳 到体 技术 。
Ｘ Ｚ ｉ ｕ ， Ｉ ｎ ， Ａ ｎ—ｈ ａ Ｕ ｈ —ｇ ｉＬ ｇ Ｗ ＮＧ Ｘｉ Ｑｉ ｕ
（ ａ ｇｈ ｕＢ ｉ ｒ ｒｕ ｏ ，ｔ． ａｇｈｕ３ ０ ０ ， ｈｎ ） Ｈ ｎ ｚｏ ｏ ｅ ｏ ｐＣ ． Ｌｄ ，Ｈ ｎ ｚｏ １０ ４ Ｃ ｉａ ｌ Ｇ
Ａｂｓｒ ｃ Ｉ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｔｅ ｓ ａ ａｙ ｉ ｆｔ ｅ ｌ ｒ ｅ ｃ ｍｉａ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｓｎ ｕ — ｍｏ ｅｉ ｇ ｔ ｃ — ｔ ａ ｔ：ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｓｒ ｓ ｎ ｌｓｓ ｏ ｈ ａ ｇ ｈｅ ｃ ｌｅ ｕ ｐ ｎ ，ｕ ｉ ｇ ｓ ｂ ｄ ｌｎ ｅ ｈ ｎ ｑ ｅ ｔ ｅ ｗｈｏｅ ｍｏ ｅ ｓ ｃ ｌｕ ａｅ ｔ ｓ ｅｌｅ ｅ ｎｔ ｈ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｎ ｌｚ ｄ ｗｉ ｏ ｉ ｌ－ ｉ ｕ ｈ ｌ ｄ ｌｗａ ａ ｃ ｌ ｔｄ ｗｉｈ ｈ ｌ ｌｍｅ ，ｔ ｅ ｏ ｏ ｅ ｔ ｗａ ａ ａｙ ｅ ｔ ｓ ｌ ｅ ｅ ｈ ｄ
子模 型通 常是用 来 在原模 型基 础上 获取 更为 精 确结 果 的一 种 方法 ， 即从 已分 析 的模 型上 截 取 部 分
基于ANSYS的典型压力容器应力分析设计说明.doc
基于 ANSYS的典型压力容器应力分析设计2010 年第 3 期（总第 136 期）业东，农琪（广西工业职业技术学院，广西530001 ）【摘要】研究从工程实践应用需求出发，采用ANASYS9.0有限元软件对容器进行详细的应力分析计算，对不同类别的应力进行分类和强度评定。
应力强度满足分析设计标准，确保了容器的安全可靠性。
【关键词】应力；强度；压力容器；分析设计；有限元1研究的目的和意义过去，压力容器及其部件的设计基本采用常规设计法, 以弹性失效准则为基础，材料的许用应力采用较大的安全系数来保证，一般情况常规设计仅考虑容器壁厚中均匀分布的薄膜应力，不考虑其他类型的应力，如局部高应力和边缘应力均不考虑等 , 常规设计不讨论由此而产生的多种失效形式。
分析设计以塑性失效和弹塑性失效准则为基础，并引入安全寿命的概念，对具有循环加载特征的部件进行疲劳分析。
比较详细地计算了容器和承压部件的各种应力，对应力进行分类，再采用不同的应力强度条件给予限制[1]。
本课题研究的目的是对石油化工生产中广泛使用的典型压力容器进行应力分析，应用ANSYS软件编写参数化设计程序，对典型压力容器中的筒体、椭圆形封头、锥形封头，开设人孔、接管等进行应力分析，为压力容器的分析设计提供一种比较通用的设计方法。
2钢制压力容器设计的两种规GB 150－ 1998《钢制压力容器》是以弹性失效准则为理论基础，导出较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用应力值以，即可确定容器的壁厚。
在标准所规定的适用围，按标准要求所设计、制造的容器是安全可靠的。
JB 4732－ 1995《钢制压力容器——分析设计标准》是以弹塑性失效准则为理论基础，应用极限分析和安定性原理，允许容器材料局部屈服，采用最大剪应力理论，以主应力差的最大值作为容器发生垮塌和破坏的依据。
标准要求对容器所需部位的应力作详细计算，并进行强度评定和疲劳分析。
基于ANSYS引信体应力分析
基于ANSYS引信体应力分析作者：师平白亚琼来源：《科技资讯》 2014年第8期师平白亚琼(西安航空职业技术学院陕西西安 710089)摘要：以某弹引信体为研究对象，首先在SolidWorks里建立弹引信体的三维实体模型，而后在ANSYS软件里建立有限元模型，再确定载荷及边界条件，对其进行爆破应力分析，预测在工作载荷下危险区域的裂纹，为进一步研究提供了依据。
关键词：有限元引信体爆破应力中图分类号：TJ410.3文献标识码：A文章编号：1672-3791(2014)03(b)-0000-00前言由于加工及材料特性等原因,引信体表面及结构内部有可能会出现初始裂纹。
本文中根据有限元法和线弹性断裂力学的基本理论,,依据sliodworks和ANSYS软件, 预测在引信体工作载荷下危险区域的裂纹。
本文研究的某引信体为触发式，弹药的部位是在弹身引信。
触发引信，碰着物体即起爆。
大都由击针、火帽、雷管、传爆药和保险机构等组成。
1引信体的有限元模型本文以某弹引信体为例，由于炸药在引信体内爆炸情况十分复杂，必须在实验的情况下对引信体受到的力进行实测找出的受到的峰值压力。
但在缺乏相关的条件下，如假设将在炸药爆炸瞬间到击针脱离引信体着一过程中爆炸没有变化，将子弹发射到离开引信体看作匀加速运动。
由于为引信体轴对称结构，其中每个截面所受到的爆破应力是相等，故进行有限元计算时，取二分之一引信体为计算区域，该结构的尺寸为φ18（弹尾）×φ9.4（弹头）×3.5(厚度)mm，其结构见图1所示。
在有限元中采用solid45实体单元，自由网格划分模型。
2引信体的载荷及边界条件的确定1、定义材料的属性:选择弹性材料。
引信体的材料为45号钢冷拉圆钢，HRC45-50。
杨氏模量为2E11 泊松比为0.309。
2、确定载荷力:由于炸药在引信体内爆炸情况十分复杂，必须在实验的情况下对引信体受到的力进行实测找出的受到的峰值压力。
基于ANSYS的换热器管板应力分析及其优化设计
基于ANSYS的换热器管板应力分析及其优化设计发布时间：2021-06-18T02:32:55.905Z 来源：《中国科技人才》2021年第9期作者：王宜亮[导读] 为研究换热器管板受力复杂的问题，基于ANSYS Workbench软件，以管板应力受管壳程温度载荷、压力载荷和管板厚度的影响为研究对象，研究了其应力分布情况，得出管板在换热器壳程先停工况时最危险；江苏自动化研究所江苏连云港 222061摘要：为研究换热器管板受力复杂的问题，基于ANSYS Workbench软件，以管板应力受管壳程温度载荷、压力载荷和管板厚度的影响为研究对象，研究了其应力分布情况，得出管板在换热器壳程先停工况时最危险；同时对此工况下各参数进行关联性分析和对管板进行优化分析。
结果表明：温度载荷对管板应力分布的影响程度最大，其次是管板厚度，压力载荷影响最小；管板可由原有的35mm厚度优化43%，在管板厚度降低至20mm后，仍满足安全要求，达到安全与经济兼顾。
关键词：管壳式换热器；管板；关联性分析；优化分析Stress analysis and optimization design of heat exchanger tube-sheet based on ANSYSWANG Yiliang( Jiangsu AutomationResearchInstitute, Lianyungang222061)Abstract: In order to study the complex stress on the tube-sheet of heat exchanger, the stress distribution of the tube-sheet was studied by using ANSYS Workbench and taking the influence of temperature load, pressure load and thickness of tube-sheet as the research object. It is concluded that tube-sheet is the most dangerous when the shell side of heat exchanger stops first. At the same time, the correlation analysis of the parameters and the optimization analysis of the tube-sheet are carried out. The results show that: the temperature load has the greatest influence on the stress distribution of the tube-sheet, followed by the thickness of the tube-sheet, and the pressure load has the least influence; the tube-sheet thickness can be optimized by 43% from the original 35mm thickness, and the safety requirements can still be met after the tube-sheet thickness is reduced to 20mm, which can achieve both safety and economy.Key words: Shell-and-tube heat exchanger; Tube-sheet; Relevance analysis; Optimization analysis0前言管壳式换热器管板的设计与优化是为了使换热器在实际运行中更加安全，能有效提高能源的利用率。
基于有限元ANSYS的压力容器应力分析报告
压力容器分析报告目录1 设计分析依据 01.1 设计参数 01.2 计算及评定条件 (1)1.3 材料性能参数 (1)2 结构有限元分析 (2)2.1 理论基础 (2)2.2 有限元模型 (3)2.3 划分网格 (4)2.4 边界条件 (4)3 应力分析及评定 (4)3.1 应力分析 (4)3.2 应力强度校核 (5)4 分析结论 (7)4.1 上封头接头外侧 (8)4.2 上封头接头内侧 (11)4.3 上封头壁厚 (14)4.4 筒体上 (17)4.5 筒体左 (20)4.6 下封头接着外侧 (24)4.7 下封头壁厚 (27)1 设计分析依据（1）压力容器安全技术监察规程（2）JB4732-1995 《钢制压力容器-分析设计标准》-2005确认版1.1 设计参数表1 设备基本设计参数正常设计压力 MPa7.2最高工作压力 MPa 6.3设计温度℃0~55工作温度℃5~55压缩空气 46#汽轮机工作介质油焊接系数φ 1.0腐蚀裕度 mm 2.0容积㎡ 4.0容积类别第二类筒体29.36计算厚度 mm封头29.031.2 计算及评定条件（1）静强度计算条件表2 设备载荷参数设计载荷工况工作载荷工况设计压力 7.2MPa工作压力 6.3MPa设计温度 55℃工作温度 5~55℃注：在计算包括二次应力强度的组合应力强度时，应选用工作载荷进行计算，本报告中分别选用设计载荷进行计算，故采用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。
1.3 材料性能参数材料性能参数见表3，其中弹性模型取自JB4732-95表G-5，泊松比根据JB4732-95的公式（5-1）计算得到，设计应力强度分别根据JB4732-95的表6-2、表6-4、表6-6确定。
表3 材料性能参数性能温度55℃设计应力强材料名称厚度弹性模型泊松比度1.92×钢管20≤10mm150 MPaμ=0.3103MPa1.92×μ=0.3锻钢Q345≤100mm185 MPa103MPa1.92×钢板16MnR26~36188 MPaμ=0.3103MPa1.92×μ=0.3锻钢16Mn≤300mm168 MPa103MPa2 结构有限元分析2.1 理论基础传统的压力容器标准与规范，一般属于“常规设计”，以弹性失效准则为理论基础，由材料力学方法或经验得到较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用值以内，即可确认容器的壁厚。
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力分析 ，Ａ Ｓ Ｓ对压力容器计算具有较 高的 可靠性和 高效性。 ＮＹ
【 关键词 】压 力容器 ；Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ ；应 力分析 ；水下照明灯 【 中图分类号 】Ｔ １ ． Ｕ１３６ 【 文献标识码 】Ａ 【 文章编号】１０ 一 １ １２ １） ４ ０ ５ — ２ ０ ８ Ｉ ５ （０ ２ ０ — １ １ ０
Ａ ａ ｓ ｏ ｗａ ｅ ｅｉ ｒｃｓ Ａ Ｙ １ ｉ ｌｂｌｙａｄｈｇ ｆｉ ｃ ｒｓ ｒ ｅ ｅｃｌｕ ｔ ｎ ｎ ｌ ｉＳ ｆ ｒ ｉ ｔ ｓ ｎｐｏｅｓ ＮＳ Ｓ｝ｓｌ ｒｉ ｉｔ ｉ ｅｉ ｅ ｙｔ Ｐｅｓ ｅ ｓ ｌａ ｌｉ ． ｙｓ ｔ ｅｎ ｈ ｄ ｇ ． ａｌｇ ｅａ ｉ ｎ ｈ ｔｃ ｎ Ｏ ｈ ｕ ｖ ｓ ｃ ａｏ
陆地 可用 资源 曰益短 缺和近海 资源 的勘探 和开发 的 日益 成 熟，海上 资源勘探 、开发和利用正 向深水挺进 。而且，针对
力问题 ，并且耐 压壳体结构在制造过程 中不可避免存在着制
造缺陷，对 解决大深度压力容器 的极 限承载力 问题就变得更
复杂 。
根据弹性力学理论，在均匀外 压作用下 的壳体受 力轴对
位 ，是最常用 的设计方法 但 随着科学技 术的进步 ，尤其 是 高参数压力容器在工程 中的应用 ，常规设计 不足之 处也 就显 现 出来 。所幸现在计算机技术发展迅速 ，而且有成 熟的有限 元软件 ，利用数值模拟 的方法就可 以充分考虑 实际工程 可能
（ 下转第 １２页 ） ８
．
图 ３ 应力云 图 １
１ ２－ ５
松下、伊莱克斯 、飞利浦等 数十家国际大公司在 国际市场上 口碑一 向很好 ，销量也 不错 。而在俄 罗斯、 巴西、印度、 巴 基斯坦 、越南 、南 非、尼 日利亚等极具增长潜力的新兴市场 上，竞争则没有那 么激 烈，甚至出现 供不应求的现象 。虽然 和不 少国际企业一样 ，海尔 已在这些地域 上 “ 耕作”多时 ， 但该 市场 的需求还远远未 能得到满足 ，海 尔进 行开拓的空间
２１ ０ ２年第 ４期 （ 总第 １ 卷 １ ２期 ） ４ ５
大 众 科 技
ＤＡＺＨＯＮＧ ＫＥＪ Ｉ
Ｎｏ４。 ２ ２ ． ０１
（ ｕ ｌ ｉ ｌ Ｎｏ１ ２ Ｃ ｍｕａ ｖ ｙ ．５ ） ｔｅ
基于 Ａ ＳＳ ＮＹ 大深度水下照明灯壳体的结构应力分析
邓玉聪
（ 昆明船舶设备研 究试验 中心 ，云 南 昆明 ６ ０ ０ ） ５１１
料 耐操 作介 质腐蚀的程度 ，除 了不应直接影 响设备使用寿命
外 ， 同 时还 不 影 响 产 品 质 量 。
映射划分 网格主要适合与规则形体，分析精度 高。图 １ 为划
分 网格后的实体模型 。
大深度潜 水设备下潜至 ６ ０ ｍ甚至更深 的深海 ，潜器在 ００ 水下受 到极 大的深水压力 ， 大深度潜器对 于材料 的比强度 （ 屈 服强度与重度之 比） 、比刚度 （ 弹性模量 与重度之 比）有更 高 的要求 ，综合考虑各 方面的因素，钛合金较其它材料有很大
称 问题的三 向应力 ：
＝
我国 ２ 世纪发展海洋经济 、 ｌ 维持国家陆海领土 的完整性 、 保
证海 洋权 益和 海上生命 线安全 的需求 ，深水设备的开发也就 变得 越来越有必要。 自 １６ ９ ５年 美国开发载人深潜器 Ａ ｖ ｎ ｌ ｉ 以来 ，法 国、 日本、俄 罗斯都相继 开发深潜器 ，其 中日本的 Ｓ ｉ ｋ ｉ ５０下潜深度 为 ６ ０ ｍ 为 目前最大下潜深度 。 ｈｎａ６０ ５０ ， 我国，
外压作用下的容器的失效主要有 强度 失效（ 即屈 曲破坏 ） 和失稳 （ 即塑性破坏 ） 。
对于薄壁外压容器 ，通常环 向的屈曲破坏会 早于塑性破 坏发 生，当容器所承受的压应力小于设计温度 下材料的屈服 强度 时， 容器发生的破坏为弹性失稳， 相反则为非 弹性 失稳 。 进行 薄壁外压容器弹性稳定性分析时 ，根据 容器的计算长度 ￡将其分 为长 圆筒和短 圆筒 ，其临界压力可分别用 以下公式
表 示 ：
设计方法。而且新科技的发展，新材料 的应用 ，也会为设计 提供发展的基础。另外 ，计 算机 的发展和应用 ，各种软件的
开发与应用 ，将使得设计更加方 便、准确 。 水下照明灯、摄像机的壳体与普通压 力容 器不 同，其壳 体直径和长度都非常小 ， 径厚壁 小于 １ ，在进行外压 设计 其 Ｏ
通用有限元分析软件， 是第一个通过 Ｓ９０ 质量认证 的大型 ００１ 分析设计软件 。在 国内第 一个通过 了中国压力容器标准化技
术委 员会 的认 。
３３ 有 限 元 模 型 ．
３ 设计实例
３１ 材料选择 ．
／ Ｙ ￣Ｓ Ｓ有 限元软件提供 了 ２种 实体建模 的方法， 自底 即 向上的建模方法和 自顶而下的建模方法。本模型考虑到模型
依 然 十 分 可观 。 海 尔现 已在国际市场上收获 了丰 富的经验和 资源 ，如果
誉 。海尔是一个尔停滞不前 ，反而成为其争取更多胜利的动力。面对 不 足、 危机和挑战和机遇 ， 海尔品牌想要在本 土市场站稳脚跟 ，
抵御 国外 品牌带来的强烈冲击 ， 就必须缜密思考，勇于改进 ， 大胆创新；想要开拓海外市场 ，有效整合 自己的竞争优势 ， 就必须努力突破技术的局限，研发拥有 自主产权 的产 品，以 海 外基地为阵营，整合技术、人才 、资源 、网络等优势 ，开 展 本土化和差异化，以品牌 为利器 ， 参考 国际品牌扬长避短 。 海尔 品牌经过 ２ Ｏ多年的市场历练， 已经步入 品牌发展 国际化
时与普通薄壁结构设计不同 。对于大深度 耐压 壳体 已经是 中 厚壳体 ，结构在达到其极限承载力时材料早已屈服进入 非线 性阶段 ，需要用非线性有限元理论才 能解 决结构的极限承载
长圆筒：
＝
１ （ ／ ） ． ２
（） ４
短圆筒：
【 收稿 日期 】２ １— ２ １ ０２ ０— ９ 【 作者简介 】邓玉聪 （ ９ ５ ，男，云南人 ，昆明船舶设备研 究实验 中・ １８ 一） 助理工程师。
Ｋｅ ｒ ｓ Ｐ ｅｓ ｒ ｓｅ ；ＡＮＳ ｙ ｗｏ ｄ ： ｒ ｓ ｅＶｅｓｌ ｕ ＹＳ； Ｓｒ ｓ Ａｎ ｌｓｓ Ｕｎ ｌｒ ｔ ｒ ｌ ｏ ｌ ｈ ｔｅｓ ａ ｉ ； ｙ ｃ ｗａ ｏ ｄ ｉ ｔ ｅ ｅ Ｆ ｇ
１ 引言
地球表面 ７％ ０ 以上被水覆盖 ，陆地上的资源 有限，随着
．
１ ５１—
：
兰！ ：墨
三 Ｏ 一 ． （， Ｄ 、 ／ ｏ ０ ５ ／ ｏ。 ４ ６
（） ５
出现 的 初 始缺 陷 以及非 线 性行 为 。结 合理 论 法和 有 限元 Ａ Ｓ Ｓ 的优势 ，使解决大深度耐压壳体的极限承载力问题变 ＮＹ 得方便可靠 。 Ａ Ｓ Ｓ是集结构、热、流体、电磁及 声学于一体的大型 ＮＹ
图 １ 壳体 网格
３４ 应 力 分析 ．
弹性模量／（ Ｐ ） Ｇａ
泊 松 比
１３ １
０ ３ ．３
本设备设计耐压 ６ Ｍ ａ 计算压力 ７ Ｍ ａ 对上述模型施 ０Ｐ ， ２Ｐ ，
在海 水环境中，壳体的材料要具备耐腐蚀的特点 ，可 以
选择铝合 金，不锈钢或则钛及其合金。其中钛合金具有许多
Ｄ为简 体外径， 为材料设计温度下 的弹性模量 （ Ｐ ） Ｍａ， 为简体有效厚度 。 对于厚壁外压容器 ， 塑性破坏和屈 曲破坏都可 能先发 生。
按照壳的直径 、壁厚和长度 ，壳的屈曲可分为长壳体、短壳 体和 刚性壳体 。 如果壳体较短和较厚 ， 其刚度能够得到保证 ， 其 失效模式为塑性破坏 ，称之为刚性 圆筒 。
蒴ｕ 器 一 争
＝
…
）
（ ３ ）
鑫 （Ｊ － １ －Ｈ Ｉ＋
ｊ 旦 商
“ 龙 ”号 载 人 潜 水 器 目前 最 大 下 潜 深 度 为 ５ ８ ｍ 蛟 １８ ，
２１ ０ ２年 将进 行 ７ ０ ０ ０米 级 海试 。但我 国的深 潜研 究相 比 国外 要落 后 ５ ０年 ，深 潜 研 究任 重 而道 远 。
加约束和载荷，进入求解器对模 型求解 ，获得应力云 图。图
２为第三强度 理论应 力云图，图 ４为第四强度理论应力云图， 我国压力容器计算推 荐用 第三 强度理论 ，图中应力分别用不 同颜色表示，其中红色表 示应 力值最大 ，蓝色表示应力值最
小 ，从图中可以看出最大应力发生在简体 中部槽圈附近 ，值
的优势 。但是对 于钛合金材料 的力 学性能 目前还处于研究阶 段，还未建立便于工程使用 的材料 曲线 。 表 １
参 数
ＴＣ ４材料力 学性能
Ｔ４ ｃ
密 度 ／（ ／ｄ） ｇｃ 屈 服 强度 ／（ ） ＾ 抗 拉 强度／ （ ） 肿８
４ ４ ．５ ≥８ ５ ２ ≥８ ５ ９
为 ４ ２ ５ ７Ｐ 。 ５ ． ８ Ｍ ａ
优 良的特 性。其 比强度高 ， 抗拉 强度 为 ６６ １７Ｍａ ８ １６Ｐ ，密度
仅为钢 的 ６ ％ ０ ，退火状态 的硬度 Ｈ Ｃ为 ３ ￣３ ，弹性模量约 Ｒ ２ ８
为不锈钢 的一 半，高低温状态 能保持 良好 的机械性 能， 等等 。 本设计 中灯壳体 的材 料选择 钛合金 Ｔ ４ Ｃ ，其 力学性 能见表 ｌ ３２ 结 构设计和分析 ． 壳 体的 内径和 长度 根据 内部 安装 设备和 散热 条件来 确
定 。其结构主要包括 ：壳体、玻璃、Ｌ Ｄ 灯、水密插座 等 。 Ｅ
设计压力 ６ Ｍ ａ ０Ｐ 。 传统的压力容器标准及 设计规 范， 一般均属于常规设计 。
它属 于弹性失效准则 ，认为容器 内某 点的最大应力 一旦 达到 屈服 点 ，即为失效 。常规方法简单，但使用历史较长 ，积