潜艇结构分析 谢祚水

潜艇结构分析谢祚水王自力吴剑国　编著华中科技大学出版社　图书在版编目（ＣＩＰ）数据　潜艇结构分析／谢祚水王自力吴剑国编著武汉：华中科技大学出版社，　２００３年　月　ＩＳＢＮ７唱５６０９唱唱　Ⅰ．潜…　Ⅱ．①谢…　②王…　③吴…　Ⅲ．唱　Ⅳ．Ｈ１９１潜艇结构分析谢祚水王自力吴剑国编著策划编辑：陈培斌责任编辑：叶见欣责任校对：朱　霞封面设计：　　　　责任监印：熊庆玉出版发行：华中科技大学出版社武昌喻家山　邮编：４３００７４　电话：[phone]录　　排：华中科技大学出版社照排室印　　刷：开本：７８７×１０９２　１／１６　　　　　　印张：　　　　　　　　　　　　　　　　　字数：版次：２００３年１１月第１版印次：２００３年１１月第１次印刷定价：元ＩＳＢＮ７唱５６０９唱唱／·（本书若有印装质量问题，请向出版社发行部调换）内容介绍本书是编著者根据多年的教学经验，收集了大量文献，并且融进编著者的许多科研成果而编写的。可以满足有关专业研究院所、高等院校、工厂企业的工程技术人员、设计人员、教师和学生的需要。本书内容广泛。涉及潜艇结构设计计算的各个方面，包括作用在潜艇结构上的外力，潜艇的结构特点，耐压船体、舱壁、耐压液舱的应力和稳定性分析计算，结构的疲劳、振动、可靠性分析，结构的优化设计，以及结构的开孔及加强，耐压船体初始缺陷的超差加强等。前　　言潜艇是酝酿了数百年，只在近几十年才得到迅速发展的一种水下作战舰艇。由于它具有隐蔽性好等显著特点，世界各国都十分重视它的发展。现代潜艇主要活动于水下，因此，它的设计、制造技术有别于水面舰船，而在结构性能上差别就更大。近年来，潜艇结构设计计算方法有了不少新的进展，但是，没有一本相关的、合适的参考书与之相适应。编著者根据多年的教学经验，收集了大量文献，并且融进编著者的许多科研成果，写成了本书。可以满足有关研究院所、高等院校、工厂企业以及领导机关的工程技术人员、管理人员、教师和学生的客观需要。本书内容广泛。潜艇结构设计计算的各个方面都有所涉及，包括作用在潜艇结构上的外力，潜艇的结构特点，耐压船体、舱壁、耐压液舱的应力和稳定性，结构的疲劳、可靠性，结构的优化设计，以及结构的开孔及加强，耐压船体初始缺陷的超差加强等。本书十分重视近代结构力学理论在潜艇结构中的应用，进行了许多有限元方法的计算结果与解析法结果的对比分析，可供读者参考。书中还附有计算所需的大量图表，这为设计人员提供了极大的便利。本书编著者的分工是：第１、２、３、４、５、６、７、９章由谢祚水编写；第８、１２章由王自力编写；第１０、１１章由吴剑国编写。初稿的修改、校正工作由谢祚水完成。在本书的编著过程中，向玉梅、顾世红、夏红芳，以及王志军、李巍、梅利元、孙倩、施丽娟等给予了许多支持和帮助，在此向他们表示衷心的感谢。虽然编著者已经作了很大努力，但由于水平有限，本书一定还有缺点甚至错误，诚恳希望广大读者批评指正。编著者2003年10月目　　录第1章　作用在潜艇结构上的外力（１）……………………………………………………　　１．１　概述（１）…………………………………………………………………………………　　１．２　潜艇船体的受力（１）……………………………………………………………………　　１．３　耐压船体的计算载荷（４）………………………………………………………………第2章　潜艇的结构特点（８）…………………………………………………………………　　２．１　潜艇结构的基本概念（８）………………………………………………………………　　２．２　耐压船体结构（１２）……………………………………………………………………　　２．３　耐压液舱结构（１４）……………………………………………………………………　　２．４　舱壁结构（１５）…………………………………………………………………………　　２．５　非耐压结构的用途和特点（１８）………………………………………………………第3章　耐压船体的应力（２０）………………………………………………………………　　３．１　一般环肋圆柱壳（２０）…………………………………………………………………　　３．２　肋间环向加筋圆柱壳（３６）……………………………………………………………　　３．３　纵横加筋圆柱壳（４１）…………………………………………………………………　　３．４　环向Π型加肋圆柱壳（４３）……………………………………………………………　　３．５　一般环肋圆锥壳（４６）…………………………………………………………………　　３．６　一般环肋锥柱结合壳（４７）……………………………………………………………　　附录（４９）………………………………………………………………………………………第4章　耐压船体的稳定性（７０）……………………………………………………………　　４．１　概述（７０）………………………………………………………………………………　　４．２　一般环肋圆柱壳（７２）…………………………………………………………………　　４．３　肋间环向加筋圆柱壳（８７）……………………………………………………………　　４．４　纵横加筋圆柱壳（９１）…………………………………………………………………　　４．５　环向Π型加肋圆柱壳（９３）……………………………………………………………　　４．６　环肋圆锥壳（９４）………………………………………………………………………　　４．７　环肋锥柱结合壳（９９）…………………………………………………………………　　４．８　耐压船体理论临界压力的修正（１０２）…………………………………………………　　４．９　典型实例（１０５）…………………………………………………………………………　　附录（１０９）……………………………………………………………………………………第5章　舱壁的应力和稳定性（１１１）………………………………………………………　　５．１　概述（１１１）………………………………………………………………………………　　５．２　平面舱壁（１１１）…………………………………………………………………………　　５．３　球面舱壁（１２４）…………………………………………………………………………第6章　耐压液舱的应力和稳定性（１３０）…………………………………………………　　６．１　概述（１３０）………………………………………………………………………………　　６．２　圆环在均匀外压力作用下的静力特性（１３０）…………………………………………　　６．３　托板式耐压液舱（１３３）…………………………………………………………………　　６．４　实肋板式耐压液舱（１４４）………………………………………………………………　　６．５　准同心圆式耐压液舱（１５４）……………………………………………………………　　附录（１５６）……………………………………………………………………………………第7章　耐压船体圆形开口区结构强度（１６０）……………………………………………　　７．１　概述（１６０）………………………………………………………………………………　　７．２　围壁加强的正交单圆孔区结构的应力（１６１）…………………………………………　　７．３　围壁加厚板组合加强的正交单圆孔区结构的应力（１７３）……………………………　　７．４　切口区结构近似计算方法的可靠性（１７６）……………………………………………　　７．５　围壁加强的圆柱壳单排连续开孔区结构的应力（１７８）………………………………　　７．６　围壁加强的圆柱壳双排连续开孔区结构的应力（１８０）………………………………　　７．７　圆柱壳开孔孔口最大直径的变化（１８１）………………………………………………　　７．８　圆柱壳开孔区附近环形肋骨与孔口应力的相互影响（１８３）…………………………　　７．９　开孔圆柱壳在静水外压力下的破坏压力（１８６）………………………………………第8章　耐压船体的疲劳强度（１９４）………………………………………………………　　８．１　结构疲劳的基本概念（１９４）……………………………………………………………　　８．２　疲劳的起始与扩展（１９７）………………………………………………………………　　８．３　应力强度因子（１９９）……………………………………………………………………　　８．４　潜艇耐压船体疲劳的特点（２０３）………………………………………………………　　８．５　耐压船体疲劳寿命的估算方法（２０５）…………………………………………………　　８．６　耐压船体的疲劳试验（２１３）……………………………………………………………第9章　潜艇结构的振动（２１６）………………………………………………………………　　９．１　概述（２１６）………………………………………………………………………………　　９．２　船体的总振动（２１８）……………………………………………………………………　　９．３　局部结构的自由振动（２２９）……………………………………………………………第10章　耐压结构的优化设计（２４４）………………………………………………………　　１０．１　概述（２４４）……………………………………………………………………………　　１０．２　离散变量结构的优化设计（２４４）……………………………………………………　　１０．３　普通环肋与纵横加肋圆柱壳结构的优化设计（２４６）………………………………　　１０．４　肋间环向加筋圆柱壳结构的优化设计（２４９）………………………………………　　１０．５　传统耐压液舱结构优化设计的数学模型（２５１）……………………………………　　１０．６　准同心圆式耐压液舱结构优化设计的数学模型（２５４）……………………………　　１０．７　耐压液舱结构优化设计实例（２５５）…………………………………………………第11章　耐压结构的可靠性（２５７）…………………………………………………………　　１１．１　概述（２５７）……………………………………………………………………………　　１１．２　基于ＪＣ法的耐压结构可靠性（２５７）…………………………………………………　　１１．３　基于数值模拟法的耐压结构可靠性（２６３）…………………………………………·２·潜艇结构分析　　１１．４　耐压结构的系统可靠性（２６６）………………………………………………………　　１１．５　耐压结构可靠性分析展望（２７３）……………………………………………………第12章　耐压船体的初始缺陷及其加强方法（２７５）……………………………………　　１２．１　耐压船体初始缺陷对稳定和强度的影响（２７５）……………………………………　　１２．２　耐压船体初始缺陷的允许标准（２８０）………………………………………………　　１２．３　耐压船体初始缺陷的测量（２８３）……………………………………………………　　１２．４　耐压船体初始缺陷的加强方法（２８７）………………………………………………　　１２．５　计算实例（２９２）………………………………………………………………………参考文献（２９６）……………………………………………………………………………………·３·目　　录第1章作用在潜艇结构上的外力1．1　概　　述潜艇是酝酿了数百年，只在近几十年才得到迅速发展的一种新型水下作战舰艇。它的出现，将传统的海战由洋面延伸到水下，从而赋予了海洋战争以立体化、隐蔽性等新特点。早在１６世纪时，英国人威廉·伯恩就提出了潜艇的原理，但直到２０世纪初，才出现具备实战能力的潜艇。第二次世界大战爆发时，潜艇在技术性能和海战战术方面均有了很大的改进和发展，各交战国都在作战中大量使用潜艇，使得地球上各大洋的水下充满了杀机。目前，美国、俄罗斯都把潜艇的发展，特别是核潜艇的发展放到了优先地位，并把导弹核潜艇作为一种战略威慑力量，在世界各个海洋中到处游弋。我国于２０世纪５０年代开始建立和发展自