水下激光通信耐压舱结构设计研究

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作者 陈沙古 高原 +1 位作者 冯令良 谢晓忠 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第9期15-20,共6页

随着海洋资源开发与深海探测技术的不断发展,水下激光通信近年来逐步成为研究热点。本文以水下激光通信耐压舱为研究对象,根据耐压舱的结构特点和设计目标,提出一种采用钛合金舱体与蓝宝石光窗的耐压结构方案。围绕耐压舱设计方案开展... 随着海洋资源开发与深海探测技术的不断发展,水下激光通信近年来逐步成为研究热点。本文以水下激光通信耐压舱为研究对象,根据耐压舱的结构特点和设计目标,提出一种采用钛合金舱体与蓝宝石光窗的耐压结构方案。围绕耐压舱设计方案开展理论分析,研究评估耐压舱的结构强度和极限承载能力。建立耐压舱结构实体单元有限元模型,基于Bilinear弹塑性模型和Mooney-Rivlin超弹模型对耐压舱结构安全和密封性能进行仿真计算。计算结果表明,本文关于耐压舱的结构设计与评估结果正确可靠,光窗密封结构合理可行,可以为水下激光通信耐压舱的工程设计提供依据。 展开更多

关键词 激光通信 耐压舱 结构设计 安全评估 光窗结构

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基于共模的耐压结构超差矫正评估方法研究

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作者 陈沙古 谢晓忠 +1 位作者 吴智睿 刘成 《海洋工程》 北大核心 2025年第5期132-141,共10页

在大型耐压结构建造过程中,超差问题难以避免,而超差矫正及其安全评估一直是行业内的工程难题。以常见的耐压结构合拢端口超差问题为研究对象,开展矫正措施和评估方法研究。根据矫正工装的结构特点,提出了一种矫正力的间接测量方法,可... 在大型耐压结构建造过程中,超差问题难以避免,而超差矫正及其安全评估一直是行业内的工程难题。以常见的耐压结构合拢端口超差问题为研究对象,开展矫正措施和评估方法研究。根据矫正工装的结构特点,提出了一种矫正力的间接测量方法,可为矫正引起的结构内应力计算提供载荷条件。基于合拢端口的柔性-刚性连接假设,构建了一种用于局部结构矫正内应力和整体结构极限承载能力仿真计算的共模方法。采用该共模方法对舱段结构板壁差超差矫正进行仿真计算,研究了局部矫正内应力对舱段结构极限承载能力的影响。结果表明:由板壁差超差引起的矫正内应力对舱段结构承载能力的影响很小,基本可以忽略不计;但当超差情况较为严重,矫正引起的内应力水平达到材料的屈服强度时,超差矫正对舱段结构承载能力的影响则较大,会对耐压结构的安全使用造成影响。 展开更多

关键词 耐压结构 超差矫正 矫正力 共模策略 承载能力

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含初始静应力场的水下耐压结构强度与稳定性研究 被引量：1

3

作者 谢晓忠 赵勰 +2 位作者 冯士超 陈沙古 胡嘉骏 《船舶力学》 北大核心 2025年第3期465-473,共9页

针对合拢端口含初始几何缺陷的环肋圆柱壳结构在形状矫正后装配产生的初应力场问题,在考虑由大变形引起的几何非线性的前提下,研究初应力场对环肋圆柱壳结构强度及稳定性的影响。采用试验方法,获得典型环肋圆柱壳在端口位移载荷下的结... 针对合拢端口含初始几何缺陷的环肋圆柱壳结构在形状矫正后装配产生的初应力场问题,在考虑由大变形引起的几何非线性的前提下,研究初应力场对环肋圆柱壳结构强度及稳定性的影响。采用试验方法,获得典型环肋圆柱壳在端口位移载荷下的结构应力;同时利用ANSYS软件构建含初始几何缺陷的环肋圆柱壳有限元模型并计算得到初应力场;通过试验结果与计算结果的对比验证数值仿真的有效性;进一步通过弧长法对含初始几何缺陷及初应力场的水下耐压结构的强度与稳定性进行求解。分析表明:受静水外压作用的水下耐压结构在考虑初始静应力场后,其极限承载能力出现小幅下降,结构失稳波形规则性降低,但破坏位置未发生变化。 展开更多

关键词 初始几何缺陷 应力场 环肋圆柱壳 静水外压 强度 稳定性 有限元模型

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深海高压压力筒抗剪环式密封结构受力分析 被引量：7

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作者 陈沙古 卞如冈 +1 位作者 黄进浩 潘广善 《压力容器》 2016年第5期15-19,共5页

多台深海高压环境模拟压力筒的成功实践表明,大开口压力筒采用抗剪环式密封相比于伍德式密封在结构形式和受力特性方面都具有一定优势。目前,抗剪环式密封结构的设计还没有相应的标准,通过分析各接触结构之间载荷的相互作用力,建立了抗... 多台深海高压环境模拟压力筒的成功实践表明,大开口压力筒采用抗剪环式密封相比于伍德式密封在结构形式和受力特性方面都具有一定优势。目前,抗剪环式密封结构的设计还没有相应的标准,通过分析各接触结构之间载荷的相互作用力,建立了抗剪环式密封结构的简化力学模型,对其进行了受力分析,并讨论了剪切块斜面坡度等参数对作用力的影响。试验与计算结果表明,该简化计算方法可行且偏于安全,为抗剪环式密封结构的设计和强度评价提供了理论参考。 展开更多

关键词 压力筒 抗剪环 力学模型 受力分析

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初始尺寸对超声疲劳试样的影响及铝合金6063疲劳试验验证 被引量：3

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作者 陈沙古 刘荣凤 +1 位作者 刘永杰 王清远 《船舶力学》 EI 北大核心 2012年第5期523-532,共10页

狗骨形试样具有中间等截面段试验有效区。采用悬链线代替圆弧线的轮廓方程,获得了狗骨形试样的解析计算方法。分析结果表明,试样初始尺寸在一定范围内取值时轮廓方程代替所引起的误差控制在3%以内。可通过增大变截面段长度或粗、细端的... 狗骨形试样具有中间等截面段试验有效区。采用悬链线代替圆弧线的轮廓方程,获得了狗骨形试样的解析计算方法。分析结果表明,试样初始尺寸在一定范围内取值时轮廓方程代替所引起的误差控制在3%以内。可通过增大变截面段长度或粗、细端的半径比来缩短试样长度,但增大变截面长度会降低试样位移应力系数。尽管狗骨形试样的位移应力系数不如沙漏形试样,但狗骨形比沙漏形更节省试验材料,而且其位移应力系数也足够满足试验要求。铝合金6063的超声疲劳试验表明,狗骨形试样的设计等式是可行的。铝合金6063的S-N曲线呈现持续下降的趋势,其疲劳裂纹扩展以剪切方式进行,并且呈现裂纹表面萌生机制。疲劳源区与裂纹扩展区之间存在明显的台阶。 展开更多

关键词 狗骨形试样 初始尺寸 试样长度 位移应力系数 铝合金6063 剪切 裂纹表面萌生

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基于损伤演化的裂纹扩展寿命简化计算方法 被引量：1

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作者 陈沙古 黄进浩 +1 位作者 万正权 卞如冈 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第7期815-820,共6页

文章结合低周疲劳试验数据,在能量损伤理论、损伤度弹性模量度量法,以及简化的椭圆形裂纹形状扩展模型的基础上提出了一种基于损伤演化的疲劳裂纹扩展寿命简化计算方法。目前疲劳裂纹扩展寿命预测的基础是基于断裂力学的Paris公式,鉴于... 文章结合低周疲劳试验数据,在能量损伤理论、损伤度弹性模量度量法,以及简化的椭圆形裂纹形状扩展模型的基础上提出了一种基于损伤演化的疲劳裂纹扩展寿命简化计算方法。目前疲劳裂纹扩展寿命预测的基础是基于断裂力学的Paris公式,鉴于基于应变—寿命曲线的疲劳损伤演化与基于断裂力学的裂纹扩展本质上的一致性,文章提出的简化计算方法不但具有明确的物理意义,也对评估裂纹扩展寿命提出了一种基于损伤力学的新视角。同时,文中也对某船用高强度钢进行了算例计算和分析。结果表明,该方法计算过程便捷,在船舶工程结构寿命评估方面存在一定的实用价值。 展开更多

关键词 能量损伤理论 损伤度 损伤演化 裂纹扩展寿命

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深海无人系统大长径比环肋圆柱壳结构设计与试验研究 被引量：5

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作者 陈沙古 高原 +3 位作者 吴智睿 郁伟 周成 刘成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期115-123,共9页

环肋圆柱壳是深海无人系统广泛采用的一种耐压结构形式,保障其结构安全是系统研制过程中非常重要的一环。针对环肋圆柱壳的结构特征推导了组合结构重量关系式和结构参数简化估算方法,并以一种超长型深海无人系统耐压结构为例,围绕大长... 环肋圆柱壳是深海无人系统广泛采用的一种耐压结构形式,保障其结构安全是系统研制过程中非常重要的一环。针对环肋圆柱壳的结构特征推导了组合结构重量关系式和结构参数简化估算方法,并以一种超长型深海无人系统耐压结构为例,围绕大长径比环肋圆柱壳的结构形式、设计计算、仿真分析、模型验证等开展研究。研究表明提出的大长径比环肋圆柱壳结构设计参数简化估算方法具有较好的适应性。相关计算和分析结果可以为该型深海无人系统结构设计提供技术支撑,也可以为其他类似耐压结构设计提供参考。 展开更多

关键词 环肋圆柱壳 大长径比 结构设计 耐压结构 深海无人系统

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内置环肋圆柱壳三维应力计算方法适应性分析 被引量：1

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作者 陈沙古 高原 +1 位作者 张平平 周平 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第24期15-19,共5页

环肋圆柱壳三维应力分析方法计及面内法向载荷和应力的影响,可计算圆柱壳和肋骨任意位置的结构应力。本文根据三维应力分析方法导出内置环肋圆柱壳结构的典型应力计算式,并通过文献中的算例检验应力计算式的正确性。采用典型应力计算式... 环肋圆柱壳三维应力分析方法计及面内法向载荷和应力的影响,可计算圆柱壳和肋骨任意位置的结构应力。本文根据三维应力分析方法导出内置环肋圆柱壳结构的典型应力计算式,并通过文献中的算例检验应力计算式的正确性。采用典型应力计算式对不同结构特征的内置环肋圆柱壳进行系列计算,通过与有限元仿真计算结果比较,研究分析典型应力计算式对不同圆柱壳厚度特征(t/R)、肋骨高度特征(H/R)、肋骨宽度特征(W/l)等参数的适应性。结果表明,基于三维应力分析方法的内置环肋圆柱壳典型应力计算式不仅可以适应薄壳和中厚壳结构应力计算,且对于不同的肋骨形状也具有较好的适应性。 展开更多

关键词 三维应力 内置环肋圆柱壳 结构特征

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基于三维应力方法的中厚壳耐压结构强度研究 被引量：1

9

作者 陈沙古 吴智睿 +2 位作者 高原 谢晓忠 冯令良 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期1731-1741,共11页

深海耐压结构的应用设计逐渐呈现采用中厚壳结构的特征,其结构应力特性与传统薄壳结构相比具有明显差异。本文以采用矩形肋骨加强的深海无人系统头盖结构为对象,基于环肋圆柱壳三维应力分析方法对中厚壳耐压结构强度开展研究。首先,通... 深海耐压结构的应用设计逐渐呈现采用中厚壳结构的特征,其结构应力特性与传统薄壳结构相比具有明显差异。本文以采用矩形肋骨加强的深海无人系统头盖结构为对象,基于环肋圆柱壳三维应力分析方法对中厚壳耐压结构强度开展研究。首先,通过文献中的算例检验三维应力方法计算程序关于环肋圆柱壳结构计算的正确性,然后对头盖主体结构进行典型应力计算,研究中厚壳结构受力特性,最后通过等效肋骨间距假设,计算获取头盖复杂结构典型区域壳板和肋骨的应力水平和分布规律。与有限元仿真计算和模型试验结果比较表明,三维应力分析方法用于中厚壳耐压结构应力计算时具有较好的适用性和工程精度,可以为深海耐压结构强度分析和中厚壳结构理论研究提供参考。 展开更多

关键词 耐压结构 中厚壳 矩形肋骨 三维应力 结构强度

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高强度钢板的损伤等效弹性常数研究

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作者 陈沙古 黄进浩 +1 位作者 葛沈瑜 万正权 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期132-138,共7页

根据Kachanov提出用连续度来描述材料损伤的方法,开展了船舶与海洋结构物面临的海水腐蚀、碰撞挂擦造成的损伤现象对高强度钢板性能影响的研究。通过结合Ansys计算结果的比较,获得了修正后的高强度钢板的损伤等效弹性模量、等效泊松比,... 根据Kachanov提出用连续度来描述材料损伤的方法,开展了船舶与海洋结构物面临的海水腐蚀、碰撞挂擦造成的损伤现象对高强度钢板性能影响的研究。通过结合Ansys计算结果的比较,获得了修正后的高强度钢板的损伤等效弹性模量、等效泊松比,以及损伤度的计算方法。该方法简便,有一定的工程实用和理论分析的意义。 展开更多

关键词 高强度钢板 等效弹性模量 等效泊松比 损伤度

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大深度水下耐压结构开口连接试验研究

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作者 陈沙古 高原 +4 位作者 陆波 周成 吴爽 柳帅 黄进浩 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第14期18-20,共3页

大深度水下耐压结构模块化的开口连接是未来的发展趋势,本文提出一种采用轴向凹凸台法兰对接-径向单道O型圈密封-周向均布螺栓紧固的开口连接结构型式。为考察该开口连接结构在深海环境下长期服役的安全性和密封性,建立一种可同时考虑... 大深度水下耐压结构模块化的开口连接是未来的发展趋势,本文提出一种采用轴向凹凸台法兰对接-径向单道O型圈密封-周向均布螺栓紧固的开口连接结构型式。为考察该开口连接结构在深海环境下长期服役的安全性和密封性,建立一种可同时考虑深水压力和海水腐蚀耦合影响的海水压力环境模拟试验方法。大尺度开口连接结构模型长期性试验结果表明,该开口连接结构的耐压和密封性较好,且长期有效可靠,可以为大尺度大深度水下耐压结构设计提供技术依据和应用参考。 展开更多

关键词 大深度耐压结构 开口连接结构 海水压力环境 大尺度模型 长期性试验

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大厚度环肋圆柱壳三维应力分析方法研究 被引量：3

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作者 陈沙古 谢晓忠 +1 位作者 高原 吴智睿 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期1188-1197,共10页

随着深海应用需求的不断发展,水下工程产品的耐压环肋圆柱壳结构呈现出大深度大厚度的新型结构特点。相比于传统意义的环肋圆柱壳,应力分析一般将其简化为二维应力状态,大厚度环肋圆柱壳的应力强度应进行三维应力分析。本文通过肋骨作... 随着深海应用需求的不断发展,水下工程产品的耐压环肋圆柱壳结构呈现出大深度大厚度的新型结构特点。相比于传统意义的环肋圆柱壳,应力分析一般将其简化为二维应力状态,大厚度环肋圆柱壳的应力强度应进行三维应力分析。本文通过肋骨作用力函数等效假设,将环肋圆柱壳分解为圆柱壳梁环、肋骨腹板圆环和肋骨面板圆环组成的简化力学模型,基于弹性力学平面问题分析方法,提出一种大厚度环肋圆柱壳的三维应力分析方法,给出环肋圆柱壳的典型应力计算式。算例分析表明,本文方法计算值与数值仿真计算结果基本一致,具有较好的工程应用精度。 展开更多

关键词 环肋圆柱壳 大深度 大厚度 三维应力 力学模型

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30CrMo的疲劳实验研究 被引量：3

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作者 刘荣凤 陈沙古 +1 位作者 王清远 王晓春 《科学技术与工程》 2009年第5期1230-1232,1235,共4页

超声加速疲劳实验是共振式的加速疲劳实验,试样需要满足和系统共振的条件。疲劳实验用试样通过设计获得,狗骨形试样是常用的超声疲劳试样。用超声加速疲劳技术研究了30CrMo的超声疲劳性能。试验获得了30CrMo的S-N曲线,疲劳寿命曲线呈现... 超声加速疲劳实验是共振式的加速疲劳实验,试样需要满足和系统共振的条件。疲劳实验用试样通过设计获得,狗骨形试样是常用的超声疲劳试样。用超声加速疲劳技术研究了30CrMo的超声疲劳性能。试验获得了30CrMo的S-N曲线,疲劳寿命曲线呈现缓慢下降的趋势。对30CrMo的高周和超高周疲劳断口进行了电镜扫描实验,结果发现,断口疲劳裂纹都起源于试样表面或次表面,呈现出裂纹表面萌生机制和典型的裂纹放射状扩展方式。 展开更多

关键词 超声疲劳 30CrMo S-N曲线 表面萌生

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大厚度环肋圆柱壳结构应力特性研究 被引量：4

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作者 陈沙古 高原 +1 位作者 吴智睿 谢晓忠 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第9期19-23,共5页

环肋圆柱壳是水下工程产品中广泛采用的一种典型耐压结构。随着工作深度需求越来越深,环肋圆柱壳结构设计逐渐呈现出大厚度的新结构特征。本文以某深海无人系统耐压结构参数为例,采用理论方法和有限元仿真方法进行计算分析,研究不同厚... 环肋圆柱壳是水下工程产品中广泛采用的一种典型耐压结构。随着工作深度需求越来越深,环肋圆柱壳结构设计逐渐呈现出大厚度的新结构特征。本文以某深海无人系统耐压结构参数为例,采用理论方法和有限元仿真方法进行计算分析,研究不同厚度特征参数(t/R)下的环肋圆柱壳结构应力特性。结果表明,基于薄壳理论的解析计算方法不适用于大厚度环肋圆柱壳结构应力计算,大厚度环肋圆柱壳结构的应力特性与传统圆柱壳结构存在较大差异,在大厚度环肋圆柱壳结构设计时应综合权衡其壳板应力和肋骨应力的特性。 展开更多

关键词 环肋圆柱壳 大厚度 有限元仿真 应力特性

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普光气田地层自然造斜能力计算新方法

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作者 董世明 张克勤 +2 位作者 陈沙古 舒尚文 王清远 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期61-63,72,共4页

普光气田是中国石化集团公司重要的油气勘探战略接替区。该地区由于地质构造复杂,地层倾角大,地层自然造斜能力强,严重地制约了该地区勘探目的的顺利实现。为了定量地分析普光气田的地层自然造斜能力,以便更好地发挥其在钻井生产中的指... 普光气田是中国石化集团公司重要的油气勘探战略接替区。该地区由于地质构造复杂,地层倾角大,地层自然造斜能力强,严重地制约了该地区勘探目的的顺利实现。为了定量地分析普光气田的地层自然造斜能力,以便更好地发挥其在钻井生产中的指导作用,以纵横弯曲理论为基础,开发了地层自然造斜能力分析计算软件,并对普光气田的地层自然造斜能力进行了计算分析。结果表明:在普光气田的中部,千佛崖组及其以上地层的自然造斜能力相对较弱;而自流井组及其以下(不包括须家河组)地层的自然造斜能力相对较强。所建立的计算地层自然造斜能力新方法为提高定向井、水平井等钻井工艺作业效率、减少井下事故有着重要的意义。 展开更多

关键词 普光气田 定向井 水平井 地层造斜力 岩石应力 计算方法

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应力场常数项对Ⅰ型裂纹起裂扩展行为影响

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作者 黄如旭 谢晓忠 +1 位作者 陈沙古 万正权 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第13期1-8,共8页

对含裂纹材料与结构断裂力学评估中的最大环向应力准则(MTS)、最小应变能密度因子准则(SED)和平均应变能密度准则(ASED)以及在此基础上考虑应力场常数项影响修正的断裂准则进行介绍;基于考虑裂尖应力场奇异项和常数项的修正MTS准则、修... 对含裂纹材料与结构断裂力学评估中的最大环向应力准则(MTS)、最小应变能密度因子准则(SED)和平均应变能密度准则(ASED)以及在此基础上考虑应力场常数项影响修正的断裂准则进行介绍;基于考虑裂尖应力场奇异项和常数项的修正MTS准则、修正SED准则和修正ASED准则,对比分析了裂尖应力场常数项对Ⅰ型裂纹的起裂扩展行为,探究了裂纹尖端应力场常数项以及材料泊松比对Ⅰ型裂纹偏折、断裂极限的影响规律,掌握了应力场常数项对Ⅰ型裂纹偏折、起裂扩展影响阀值。研究结果表明,裂纹尖端应力场常数项T应力对Ⅰ型裂纹起裂扩展偏折角及断裂判据的影响不可忽略,研究结果可为含裂纹材料与结构断裂力学评估提供一定参考。 展开更多

关键词 常数项 混合型裂纹 Ⅰ型裂纹 裂纹偏折 断裂准则

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水下耐压环肋圆柱壳强度试验不确定度研究

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作者 高原 陈沙古 +3 位作者 李海涛 谢晓忠 黄如旭 陆波 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第17期56-63,共8页

本文基于测量不确定度评定方法,对水下耐压环肋圆柱壳强度试验结果进行了不确定度研究,建立一套适用于水下耐压结构强度试验的不确定度分析方法,给出环肋圆柱壳典型位置应力在一定置信水平下的置信区间。研究表明,对于精车加工的环肋圆... 本文基于测量不确定度评定方法,对水下耐压环肋圆柱壳强度试验结果进行了不确定度研究,建立一套适用于水下耐压结构强度试验的不确定度分析方法,给出环肋圆柱壳典型位置应力在一定置信水平下的置信区间。研究表明,对于精车加工的环肋圆柱壳模型典型位置的应力,数据测量与杨氏模量引起的不确定度最大,板厚和初挠度引起的不确定度相对较小。本文研究结果对提高水下耐压结构强度试验技术和试验精度具有参考意义。 展开更多

关键词 耐压结构 环肋圆柱壳 强度 不确定度

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