潜艇设计通常遵循美国航运局(ABS)代码,该代码建立了船体厚度,框架刚度和舷窗和舱口孔设计等性质。在认证期间,ABS评估设计是否遵循相关代码,然后在此基础上证明它。深潜潜水艇的设计是如此独特的,即某些ABS规则无法遵守。

潜艇设计公司对其船舶有具体要求。首先,它必须能够潜水到1200英尺的深度。其次,公司希望超大型观看端口和复杂的视频成像系统,具有足够的照明,密切地观察海洋环境。10乘客(包括船员)舒适的座位是另一种要求。在性能方面,潜水艇是具有8至10小时的潜水耐久性时间,并且足以维持10个成年人至少72小时的紧急寿命。最后,潜艇的重量不能超过现有表面支撑单元的局限性,这是一个非常大的游艇。

图像设计公司入伍预测工程在设计近乎完成时。知道他们已经偏离了ABS编码,他们希望在建造和实际海上试验之前对潜艇性能进行虚拟评估,包括使用有限元分析(FEA)软件预测全球屈曲行为和局部应力集中。

创建潜水艇的有限元模型是第一个也是最重要的任务。代表船只的CAD几何是两种格式:Pro / ENGINEER(Sub的Superstructure)和Autodesk Inventor(船体皮肤,舱口,查看端口及其锻件)。发明人数据是表面和固体的组合。使用的预处理器 - 来自UGS的FEMAP - 导入了不同的格式,并使工程师能够根据需要设置数据以进行准确分析。

图像用于预测船体屈曲和应力浓度的模型特别困难,并且尺寸必须使得可以运行多个分析迭代。工程师还必须处理船体的薄壳和较厚的不均匀锻造结构之间的差距,例如舱口和观察端口。该模型被构造为4-节点板元件的混合物(表示船体的皮肤和外部加强环)和8节点砖元件(代表锻件)。

该模型有大约67,000个节点和58,000元元素 - 通过典型的FEA标准非常小 - 并且需要约5分钟的运行时间为线性运行,并且使用Nastran求解器的几何非线性屈曲分析30分钟。

施加压力载荷很困难,因为作为潜水,它在静水压力下,这意味着压力场完全平衡。如果一个总和在整个子子上的力量,则总和应为零。FEMAP施加负荷并验证,当加载总结时,它们实际上出现为零。

进行了众多分析运行,始终炼制模型。在分析中,潜水艇被采取远低于目标深度为1,200英尺。结果最终验证了在经过仔细验证的潜水测试期间进行的应变测量。(使用光纤布拉格光栅菌株系统采用应变测量。)在几乎所有情况下,应变测量与FEA预测相比很好地相关。

有限元模型,广泛的FEA结果和实验(应变仪)数据被发送到ABS进行认证。该组织接受此数据并根据数字方法而不是ABS代码认证潜水艇。

这项工作由George Laird,Ph.D.,P.E.和首席技术专家进行预测工程,使用UGS的软件进行。有关更多信息,请访问http://info.ims.ca/5657-122。


美国宇航局金宝搏官网科技简报杂志

本文首先出现在2006年4月期刊上美国宇航局金宝搏官网技术简报杂志。

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