本申請(qǐng)涉及潛器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種基于夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法。

背景技術(shù)：

1、復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，以復(fù)合材料制成表皮面板，用兩側(cè)的表皮面板與中間的芯材層疊形成的夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)具有彎曲剛度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有優(yōu)異的隔聲性能，特別適合用于制作潛器的輕外殼。

2、在設(shè)計(jì)基于夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)的潛器輕外殼的過程中，通常從一組初始設(shè)計(jì)參數(shù)開始不斷迭代優(yōu)化，在每一次迭代時(shí)都對(duì)其隔聲性能和強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估從而不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)參數(shù)，直至得到同時(shí)滿足力學(xué)和聲學(xué)的要求的潛器輕外殼。

3、初始設(shè)計(jì)參數(shù)很大程度上影響了迭代優(yōu)化的次數(shù)，如果初始設(shè)計(jì)參數(shù)給定的較為合理則可以為潛器輕外殼的詳細(xì)設(shè)計(jì)指明初步方向，從而可以快速完成迭代優(yōu)化，反之如果初始設(shè)計(jì)參數(shù)給定的不合理則往往導(dǎo)致需要經(jīng)過大量的迭代優(yōu)化才能得到最終的設(shè)計(jì)參數(shù)。潛器輕外殼及潛器結(jié)構(gòu)的整體有限元模型通常規(guī)模較大，計(jì)算效率受到計(jì)算頻段的限制，如果迭代優(yōu)化的次數(shù)過多時(shí)，設(shè)計(jì)周期會(huì)拉長，設(shè)計(jì)過程中的運(yùn)算量也非常大。目前一般是憑設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來給出潛器輕外殼的初始設(shè)計(jì)參數(shù)，受人為經(jīng)驗(yàn)的影響較大，其合理性較難保證，導(dǎo)致潛器輕外殼的設(shè)計(jì)效率難以保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)針對(duì)上述問題及技術(shù)需求，提出了一種基于夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，本申請(qǐng)的技術(shù)方案如下：

2、一種基于夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，該潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法包括：

3、根據(jù)潛器的耐壓殼結(jié)構(gòu)確定各個(gè)夾芯復(fù)合板分片的安裝位置和幾何參數(shù)，各個(gè)夾芯復(fù)合板分片均呈矩形曲殼結(jié)構(gòu)并分別安裝在潛器的耐壓殼外部不同安裝位置處，不同安裝位置處的夾芯復(fù)合板分片組合構(gòu)成潛器輕外殼，每個(gè)夾芯復(fù)合板分片的幾何參數(shù)包括曲殼長邊弧長、曲殼寬邊弧長、曲率半徑和最大厚度t0；每個(gè)夾芯復(fù)合板分片包括芯材及其兩側(cè)的表皮面板，表皮面板由復(fù)合材料制成；

4、考慮聲波在夾芯復(fù)合板分片內(nèi)不同材料界面處的透射反射作用，結(jié)合表皮面板和芯材的制作材料，構(gòu)建每個(gè)夾芯復(fù)合板分片的隔聲量與夾芯復(fù)合板分片中表皮面板的厚度ts以及芯材的厚度tc之間的隔聲厚度關(guān)系式；

5、將每個(gè)夾芯復(fù)合板分片等效為簡支矩形夾芯板，基于簡支矩形夾芯板的應(yīng)力計(jì)算關(guān)系，結(jié)合表皮面板和芯材的制作材料，構(gòu)建每個(gè)夾芯復(fù)合板分片的應(yīng)力最大值與夾芯復(fù)合板分片中表皮面板的厚度ts以及芯材的厚度tc之間的應(yīng)力厚度關(guān)系式；

6、對(duì)于每個(gè)夾芯復(fù)合板分片，基于夾芯復(fù)合板分片的隔聲厚度關(guān)系式和應(yīng)力厚度關(guān)系式，在滿足2ts+tc≤t0的條件下，確定使得夾芯復(fù)合板分片的隔聲量滿足隔聲要求且應(yīng)力最大值不超過許用應(yīng)力時(shí)的表皮面板的厚度ts以及芯材的厚度tc；

7、得到潛器輕外殼的初始設(shè)計(jì)參數(shù)包括各個(gè)夾芯復(fù)合板分片各自的安裝位置、幾何參數(shù)、表皮面板的制作材料和厚度ts、芯材的制作材料和厚度tc。

8、本申請(qǐng)的有益技術(shù)效果是：

9、本申請(qǐng)公開了一種基于夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，該方法基于理論方法對(duì)潛器輕外殼進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)潛器的耐壓殼結(jié)構(gòu)來確定潛器輕外殼的分片方式以及各個(gè)夾芯復(fù)合板分片的幾何參數(shù)，在確定芯材和表皮面板的材料后，通過聲學(xué)性能約束、力學(xué)性能約束以及厚度約束，可以確定使得每個(gè)夾芯復(fù)合板分片同時(shí)滿足隔聲要求和強(qiáng)度要求的芯材和表皮面板各自的厚度，從而快速給出初步滿足性能要求的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)，從而可以為后續(xù)的迭代優(yōu)化提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)和依據(jù)，有利于大幅提高潛器輕外殼的設(shè)計(jì)效率。另外該方法基于理論設(shè)計(jì)展開，無需仿真建模，易于實(shí)現(xiàn)，可以快速確定潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)。

技術(shù)特征：

1.一種基于夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，所述潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，構(gòu)建每個(gè)夾芯復(fù)合板分片的隔聲厚度關(guān)系式包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，構(gòu)建每個(gè)夾芯復(fù)合板分片的應(yīng)力厚度關(guān)系式包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，構(gòu)建得到的每個(gè)夾芯復(fù)合板分片的第一關(guān)系式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，構(gòu)建得到的每個(gè)夾芯復(fù)合板分片的第二關(guān)系式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，當(dāng)夾芯復(fù)合板分片中表皮面板的拉壓應(yīng)力最大值σ≤min{[σ+]、[σ-]}，且所述夾芯復(fù)合板分片中芯材的剪應(yīng)力最大值時(shí)，確定所述夾芯復(fù)合板分片的應(yīng)力最大值不超過許用應(yīng)力；其中，[σ+]是夾芯復(fù)合板分片中表皮面板的許用拉應(yīng)力，[σ-]是夾芯復(fù)合板分片中表皮面板的許用壓應(yīng)力，是夾芯復(fù)合板分片中芯材的剪切許用應(yīng)力。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，根據(jù)潛器的耐壓殼結(jié)構(gòu)確定各個(gè)夾芯復(fù)合板分片的安裝位置，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，根據(jù)潛器的耐壓殼結(jié)構(gòu)確定各個(gè)夾芯復(fù)合板分片的幾何參數(shù)，包括對(duì)于每個(gè)夾芯復(fù)合板分片：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，所述潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，其特征在于，確定芯材的制作材料時(shí)考慮的制作材料的力學(xué)性能包括制作材料的抗壓性能、剪切強(qiáng)度、剪切斷裂延伸率，考慮的制作材料的聲學(xué)性能包括制作材料的隔聲性能。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種基于夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，涉及潛器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，該方法根據(jù)潛器的耐壓殼結(jié)構(gòu)確定各個(gè)夾芯復(fù)合板分片的安裝位置和幾何參數(shù)，然后分別構(gòu)建每個(gè)夾芯復(fù)合板分片的隔聲量和應(yīng)力最大值與表皮面板的厚度以及芯材的厚度之間的隔聲厚度關(guān)系式和應(yīng)力厚度關(guān)系式；在隔聲厚度關(guān)系式、應(yīng)力厚度關(guān)系式和總厚度關(guān)系的約束下，可以確定使得每個(gè)夾芯復(fù)合板分片同時(shí)滿足聲學(xué)性能約束、力學(xué)性能約束以及厚度約束的芯材和表皮面板各自的厚度，從而快速給出初步滿足性能要求的潛器輕外殼初始設(shè)計(jì)參數(shù)，從而可以為后續(xù)的迭代優(yōu)化提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)和依據(jù)，有利于大幅提高潛器輕外殼的設(shè)計(jì)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：張彤彤,李永勝,楊智雄,吳健,王緯波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國船舶科學(xué)研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21