CN107672738B - 一种新型抗冲击耐压壳体结构 - Google Patents
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Abstract
一种新型抗冲击耐压壳体结构，包括半球形外壳、主体段外壳和加强筋，主体段外壳两侧各有一个半球形外壳，加强筋设置在主体段外壳内，主体段外壳的截面由多个相同的S型圆弧线绕圆心首尾相连形成花瓣形截面，主体段外壳两侧端面为圆形，主体段外壳任意一个平行于中间截面的截面形状的截面尺寸与其他不同截面的尺寸不同，主体段外壳由中间的花瓣形截面向两端过渡为圆形，主体段外壳内部的加强筋的形状与加强筋所在主体段外壳的截面相一致，本发明在受到远扬非接触爆炸等水下冲击环境中，可将耐压壳受冲击时的加速度降低从而提高其抗冲击性能，保障设备的正常运转和人员的安全。并可根据内置物品的大小，自行设计尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及抗冲击耐压结构领域，特别是涉及一种新型抗冲击耐压壳体结构。
背景技术
随着技术的发展，各种水下作业的潜水装备越来越多，耐压外壳作为各个潜水装备的重要组成部分，承受着深水压力，保障着人员与设备的安全。潜水装备在战斗过程中遭受水下爆炸的载荷可以分为接触性爆炸和非接触性爆炸两种。非接触爆炸主要是由于炸药在水中爆炸产生的冲击波和气泡，一般不会使壳体出现破口而发生沉没。但是非接触爆炸时，潜水装备整体将产生剧烈的冲击运动，对人员造成不同程度的冲击损伤，甚至危及人员生命，严重影响战斗力。
现役的水下作业潜水装备，如潜艇、鱼雷、深潜器等，耐压壳形状主要为柱形结构，虽然流体动力学特性好、易操控，但是很少考虑到耐压壳的抗冲击性能。
火锅中的鸳鸯锅，其中间的隔板不是直的，而是S型的圆弧，仿照这种形状，将耐压壳体由原来的圆形截面改为小半径连续多S型圆弧组成的花瓣形截面，将其受到冲击时的加速度减小10%至20%，提高其抗冲击性能，保障设备的正常运转和人员的安全。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种新型抗冲击耐压壳体结构，针对现役的水下容器耐压外壳遭遇远扬非接触爆炸时抗冲击性能不足的缺点，提供一种新型结构具有较好的抗冲击耐压性能，从而在受到远扬非接触爆炸时可以减少对结构内人员与设备的损伤，为达此目的，本发明提供一种新型抗冲击耐压壳体结构，包括半球形外壳、主体段外壳和加强筋，所述主体段外壳两侧各有一个半球形外壳，所述加强筋设置在主体段外壳内，所述主体段外壳的截面由多个相同的S型圆弧线绕圆心首尾相连形成花瓣形截面，所述S型圆弧线由一个突出部分与一个凹进部分相连而成，所述凹进部分由突出部分对称得到，对称轴为花瓣形截面的大基圆与S型圆弧线相交两点的连线，所述突出部分与凹进部分提供倒角过渡，所述主体段外壳两侧端面为圆形，所述主体段外壳任意一个平行于中间截面的截面形状的截面尺寸与其他不同截面的尺寸不同，所述主体段外壳由中间的花瓣形截面向两端过渡为圆形，所述主体段外壳内部的加强筋的形状与加强筋所在主体段外壳的截面相一致。
本发明的进一步改进，所述主体段外壳呈现中间大两头小且关于中间截面对称的壳体形状，所述主体段外壳两侧截面为等半径的圆形，两端的半球形外壳半径相同与主体段外壳两侧端面半径一致，本发明主要使用的结构为对称结构。
本发明的进一步改进，每个截面的S型圆弧线有4-10个，本发明每个截面的S型圆弧线有4-10个，相应的每个花瓣占圆周的18°~45°。
本发明的进一步改进，主体段外壳中间最大的花瓣形截面的大基圆的半径为R1，小基圆的半径为R3，半球形外壳的半径为R2，R2的范围为0.8R1<R2<0.9R1，S型圆弧线中突出部分为大基圆R1截圆心在小基圆R3上的圆，S型圆弧线中突出部分与凹进部分的半径为R4通过小基圆与圆弧角确定，并由大基圆R1所截得，突出部分的圆心所在的圆为小基圆R3，R3的范围为0.5R1<R3<0.7R1，S型圆弧线中突出部分与凹进部分相连的倒角的半径为r,0.08R3≤r≤0.3R3，经过测试R1、R2、R3、R4和r关系如上结构性能较佳。
本发明的进一步改进，所述主体段外壳的长为L，加强筋的个数为m，l'为主体段外壳L的长度按米为单位取偶数整数，其中L≤1米，l'取0，0≤m≤l'+1，所述加强筋的分布可根据内置物品的摆放于结构在强度薄弱处设置加强筋，若无特殊要求，加强筋可均匀分部在主体段外壳中，本发明加强筋可以采用以上设计这样受力更为合理。
本发明的一种新型抗冲击耐压壳体结构，在原来圆形截面的柱形耐压壳基础上，将截面改为小半径连续多S型圆弧组成的花瓣形截面，通过以上改造降低了耐压壳受冲击时的加速度，减小了对人员和设备的冲击，从而减少了相应设备的损伤，提高了使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主体段外壳中间截面示意图；
图3为本发明的主视图；
图4为本发明的左视图；
图5为本发明的加强筋示意图；
图6为花瓣形截面的壳体与传统圆形截面壳体上观测点的示意图；
图7为两种壳体在观测点g1处的加速度示意图；
图8为两种壳体在观测点g2处的加速度示意图；
图9为两种壳体在观测点g3处的加速度示意图；
图10为两种壳体在观测点g4处的加速度示意图；
附图标记如下：
1、半球形外壳；2、主体段外壳；3、加强筋。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种新型抗冲击耐压壳体结构，针对现役的水下容器耐压外壳遭遇远扬非接触爆炸时抗冲击性能不足的缺点，提供一种新型结构具有较好的抗冲击耐压性能，从而在受到远扬非接触爆炸时可以减少对结构内人员与设备的损伤。
作为本发明一种实施例，本发明提供如图1-5所示的一种新型抗冲击耐压壳体结构，包括半球形外壳1、主体段外壳2和加强筋3，所述主体段外壳2两侧各有一个半球形外壳1，所述加强筋3设置在主体段外壳2内，所述主体段外壳2的截面由多个相同的S型圆弧线绕圆心首尾相连形成花瓣形截面，所述S型圆弧线由一个突出部分与一个凹进部分相连而成，所述凹进部分由突出部分对称得到，对称轴为花瓣形截面的大基圆与S型圆弧线相交两点的连线，所述突出部分与凹进部分提供倒角过渡，所述主体段外壳2两侧端面为圆形，所述主体段外壳2任意一个平行于中间截面的截面形状的截面尺寸与其他不同截面的尺寸不同，所述主体段外壳2由中间的花瓣形截面向两端过渡为圆形，所述主体段外壳2内部的加强筋3的形状与加强筋3所在主体段外壳2的截面相一致。
作为本发明一种具体实施例，本发明提供如图1-5所示的一种新型抗冲击耐压壳体结构，包括半球形外壳1、主体段外壳2和加强筋3，所述主体段外壳2两侧各有一个半球形外壳1，所述加强筋3设置在主体段外壳2内，所述主体段外壳2的截面由多个相同的S型圆弧线绕圆心首尾相连形成花瓣形截面，每个截面的S型圆弧线有4-10个，本发明每个截面的S型圆弧线有4-10个，相应的每个花瓣占圆周的18°~45°，所述S型圆弧线由一个突出部分与一个凹进部分相连而成，所述凹进部分由突出部分对称得到，对称轴为花瓣形截面的大基圆与S型圆弧线相交两点的连线，所述突出部分与凹进部分提供倒角过渡，所述主体段外壳2两侧端面为圆形，所述主体段外壳2任意一个平行于中间截面的截面形状的截面尺寸与其他不同截面的尺寸不同，所述主体段外壳2由中间的花瓣形截面向两端过渡为圆形，所述主体段外壳呈现中间大两头小且关于中间截面对称的壳体形状，所述主体段外壳两侧截面为等半径的圆形，两端的半球形外壳半径相同与主体段外壳两侧端面半径一致，本发明主要使用的结构为对称结构，所述主体段外壳2内部的加强筋3的形状与加强筋3所在主体段外壳2的截面相一致。
本发明主体段外壳中间最大的花瓣形截面的大基圆的半径为R1小基圆的半径为R3，半球形外壳的半径为R2，R2的范围为0.8R1<R2<0.9R1，S型圆弧线中突出部分为大基圆R1截圆心在小基圆R3上的圆，S型圆弧线中突出部分与凹进部分的半径为R4通过小基圆与圆弧角确定，并由大基圆R1所截得，突出部分的圆心所在的圆为小基圆R3，R3的范围为0.5R1<R3<0.7R1，S型圆弧线中突出部分与凹进部分相连的倒角的半径为r, 0.08R3≤r≤0.3R3，经过测试R1、R2、R3、R4和r关系如上结构性能较佳。
本发明所述主体段外壳的长为L，加强筋的个数为m，l'为主体段外壳L的长度按米为单位取偶数整数，其中L≤1m，l'取0，0≤m≤l'+1，所述加强筋的分布可根据内置物品的摆放于结构在强度薄弱处设置加强筋，若无特殊要求，加强筋可均匀分部在主体段外壳中，本发明加强筋可以采用以上设计这样受力更为合理。
对具体的一种新型抗冲击耐压壳体结构尺寸进行计算并且与传统圆形截面的壳体进行比较。花瓣形截面的大基圆半径R1=1.75m，小基圆半径R3=1.2m，半球形外壳1半径R2=1.5m，倒角半径r=0.1m，主体段外壳2长L=40m，加强筋m=0。传统圆形截面壳体最大截面处为半径为1.75m的圆，半球形外壳1半径R2=1.5m，主体段外壳2长L=40m，加强筋m=0。受到冲击的环境为：壳体在水下100m处，受到其正下方40m的500kg炸药的爆炸冲击。图6所示，在两个壳体模型中设置个4个观测点，观测其在受到冲击后0.08s内的加速度变化，如图7-10所示。计算得到观测点g1、g2、g3、g4最大加速度分别减小29.35%、28.47%、29.27%、5.825%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种新型抗冲击耐压壳体结构，包括半球形外壳（1）、主体段外壳（2）和加强筋（3），其特征在于：所述主体段外壳（2）两侧各有一个半球形外壳（1），所述加强筋（3）设置在主体段外壳（2）内，所述主体段外壳（2）的截面由多个相同的S型圆弧线绕圆心首尾相连形成花瓣形截面，所述S型圆弧线由一个突出部分与一个凹进部分相连而成，所述凹进部分由突出部分对称得到，对称轴为花瓣形截面的大基圆与S型圆弧线相交两点的连线，所述突出部分与凹进部分提供倒角过渡，所述主体段外壳（2）两侧端面为圆形，所述主体段外壳（2）任意一个平行于中间截面的截面形状的截面尺寸与其他不同截面的尺寸不同，所述主体段外壳（2）由中间的花瓣形截面向两端过渡为圆形，所述主体段外壳（2）内部的加强筋（3）的形状与加强筋（3）所在主体段外壳（2）的截面相一致。
2.根据权利要求1所述的一种新型抗冲击耐压壳体结构，其特征在于：所述主体段外壳（2）呈现中间大两头小且关于中间截面对称的壳体形状，所述主体段外壳（2）两侧截面为等半径的圆形，两端的半球形外壳（1）半径相同与主体段外壳（2）两侧端面半径一致。
3.根据权利要求1所述的一种新型抗冲击耐压壳体结构，其特征在于：每个截面的S型圆弧线有4-10个，相应的每个花瓣的圆弧角占圆周的18°~45°。
4.根据权利要求1所述的一种新型抗冲击耐压壳体结构，其特征在于：主体段外壳（2）中间最大的花瓣形截面的大基圆的半径为R1，小基圆的半径为R3，半球形外壳（1）的半径为R2，R2的范围为0.8R1<R2<0.9R1。
5.根据权利要求1所述的一种新型抗冲击耐压壳体结构，其特征在于：主体段外壳（2）中间最大的花瓣形截面的大基圆的半径为R1，小基圆的半径为R3，S型圆弧线中突出部分为大基圆R1截圆心在小基圆R3上的圆，S型圆弧线中突出部分与凹进部分的半径为R4，R4的半径通过小基圆与圆弧角确定，并由大基圆R1所截得，突出部分的圆心所在的圆为小基圆R3，R3的范围为0.5R1<R3<0.7R1。
6.根据权利要求1所述的一种新型抗冲击耐压壳体结构，其特征在于：每个花瓣形截面的大基圆的半径为R1， 小基圆的半径为R3，S型圆弧线中突出部分与凹进部分相连的倒角的半径为r, 0.08R3≤r≤0.3R3。
7.根据权利要求1所述的一种新型抗冲击耐压壳体结构，其特征在于：所述主体段外壳（2）的长为L，加强筋（3）的个数为m，l'为主体段外壳L的长度按米为单位取偶数整数，其中L≤1米，l'取0，0≤m≤l'+1，所述加强筋（3）的分布根据内置物品的摆放于结构在强度薄弱处设置加强筋，若无特殊要求，加强筋均匀分部在主体段外壳（2）中。
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