水下耐压圆环壳结构的理论试验研究

陆上资源的日趋枯竭制约着经济发展，深海资源的探测与开发利用逐渐成为世界各国竞相争夺的热点。这对水下平台及运载器的研制提出了新的挑战，圆环形结构的应用适应了工程需求且弥补了柱和球壳等传统结构的不足，然而环壳理论上研究相对困难，迄今仍无相应工程应用设计方法。本项目主要针对海洋水下工程中多功能新型环形结构物的设计计算方法问题，围绕作为水下耐压主体结构的环壳为研究对象，采用薄壳理论、数值方法和模型试验的手段建立环壳结构的分析设计方法。通过简化理论求解圆环型耐压体结构，进而求解包括强度与稳定性方面的理论解；并辅助数值计算方法验证分析；同时运用现有海洋水下工程环境模拟实验设备，开展环形结构的模型试验研究，对圆环壳结构理论解给予试验验证。项目皆在实现圆环壳结构强度与稳定性的薄壳理论求解，从而建立环壳结构的分析设计方法和安全准则，为新型环形结构的建造与应用提供科学依据和奠定工程应用基础。

《水下耐压圆环壳结构的理论试验研究》基金项目课题完成了新型加筋圆环壳结构应用于水下工程的理论分析求解和模型试验验证与测试技术研究，并且开展了水下工程新型圆环壳结构在极限承载压力作用下的破坏失效机理研究，最终完成水下耐压圆环壳结构具有型材加强筋作用下的求解方法和工程设计方法原理性验证，为新型圆环壳结构的海洋工程尤其是水下工程应用奠定了理论基础。.水下耐压圆环壳结构的理论试验研究课题首先基于工程应用背景开展了新型圆环壳结构的理论与试验研究概况调研，对圆环壳结构的理论试验研究与工程应用有了深刻的了解和认识；接着对水下耐压圆环壳结构问题求解进行了理论求解分解和分析，由此展开具有肋骨形成加强的圆环壳结构的强度与稳定性理论求解研究，即类似于环肋圆柱壳结构简化为弹性基础梁方法，对环肋圆环壳结构进行简化弹性支撑曲梁模型进行近似求解加筋圆环壳结构的应力强度和变形，且开展外部压力作用下加筋圆环壳结构的屈曲失稳分析和临界失稳压力载荷的求解；同时根据均匀外压作用下新型圆环形结构的理论求解，开展静水压力作用坏境下的钢制焊接圆环壳模型的演示验证试验和试验测试技术研究，即包括新型加筋圆环壳结构模型的方案优化设计、加工制造与模型试验测试技术，而且通过改变参数方式进行考虑几何初始缺陷和材料非线性的有限元数值方法对比研究和加筋圆环壳结构的强度与稳定性性能分析；由此展开基于环肋圆环壳结构理论方法与数值模拟仿真技术，对演示验证加筋圆环壳模型静水压力试验结果进行了对比分析和讨论，着重开展了静水外压力作用下圆环壳试验模型极限破坏模式的机理性分析，确定初始几何缺陷对试验模型破坏机理的影响和决定性因素。最终本基金研究课题通过对水下耐压圆环壳结构的理论试验研究，完成了适用于水下工程的加筋耐压圆环壳结构理论求解并通过模型试验验证，由此确定了水下耐压圆环壳结构理论求解方法的合理性和正确性。.水下耐压圆环壳结构的理论试验研究课题经过三年的实施目前共完成了六篇文章，其中三篇已发表，即一篇为EI源刊——《船舶力学》，一篇为核心期刊《舰船科学技术》，和另一篇为中国钢结构协会海洋钢结构分会学术会议论文；另外，已投出两篇英文SCI源刊待审，以及投出一篇EI源刊已录用待发表；同时本基金课题已完成一项发明专利申请和授权，完成两名硕士研究生的学位论文。