一种具有分布式刚度的圆环形面板肋骨结构的制作方法

本发明涉及深海运载平台结构设计领域，尤其是一种具有分布式刚度的圆环形面板肋骨结构。

背景技术：

为了克服深海巨大的海水压力，大型深海运载平台多采用圆柱壳作为其主体耐压结构，为提高耐压壳板的稳定性，通常采用由腹板和面板组成的t型肋骨进行加强。针对不同的作业深度和运载能力需求，可采用单耐压体或多耐压体组合结构形式，为了形成良好的水动力外形，还需在耐压壳体外部包覆一层非耐压壳体。多耐压壳体之间以及内部耐压壳体与外部非耐压壳体之间一般通过在肋骨平面内设置固连结构来联系起来，常用的固连结构包括肋板、托板、支柱等，固连结构的两端分别焊接在两侧主体结构的肋骨面板上，从而将各部分主体结构连接成一个刚性整体。

在深海环境下，耐压结构的纵向和横向都会产生很大的压缩变形，由于各部分主体结构之间均采用刚性连接形式，每个耐压壳体的变形会受到其他耐压壳体结构的较大影响，而这些结构对耐压壳体周向各方位的支撑作用强弱不一，会使得该耐压壳体沿周向产生不均匀的径向变形，支撑刚度大的位置，径向变形较小，支撑刚度小的位置，径向变形较大，从而形成多耐压体组合结构的变形协调问题。壳体间的变形协调问题会造成结构应力分布的不均匀，容易引起局部应力集中，从而削减耐压壳体的极限承载能力，影响平台结构的安全性，同时，变形协调问题带来的结构变形不均匀分布也会对平台系统设备的安装与运行造成影响，降低平台的工作性能。

技术实现要素：

本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种具有分布式刚度的圆环形面板肋骨结构。

本发明的技术方案如下：

一种具有分布式刚度的圆环形面板肋骨结构，包括：固定连接的第一肋骨腹板和圆环形肋骨面板；所述圆环形肋骨面板的截面为圆环形，所述圆环形肋骨面板上开设有流水孔；

所述圆环形肋骨面板沿耐压壳体周向划分为预定数量的分段，各分段圆环采用相同的外径，通过首尾依次对接并与所述第一肋骨腹板组立、焊接形成完整的肋骨圈。

其进一步的技术方案为：应用于包括两个并列的耐压壳体的多耐压体结构中，两个所述耐压壳体的外部包覆一层非耐压壳体，所述耐压壳体均采用肋骨结构进行加强，所述肋骨结构包括所述圆环形面板肋骨结构和矩形面板肋骨结构；所述矩形面板肋骨结构包括固定连接的第二肋骨腹板和矩形肋骨面板；

每隔预定档数的肋位设置固连框架，所述固连框架用于将两个所述耐压壳体、所述耐压壳体与所述非耐压壳体连接成一体；

所述固连框架所在肋位的肋骨结构采用所述圆环形面板肋骨结构，其余肋位的肋骨结构采用所述矩形面板肋骨结构。

其进一步的技术方案为：所述固连框架所在肋位将所述圆环形肋骨面板沿所述耐压壳体周向划分为预定数量的分段，各个分段的壁厚根据结构强度和变形计算的结果确定，以使得所述耐压壳体沿周向产生均匀的径向变形。

其进一步的技术方案为：对于任意相邻两个分段，壁厚较大的分段内表面进行削斜处理，使得壁厚较大的分段的端部减薄至与壁厚较小的分段相同的厚度，削斜处理后的分段与壁厚较小的分段焊接在一起。

其进一步的技术方案为：应用于包括一个耐压壳体的单耐压体结构中，所述耐压壳体的外部包覆一层非耐压壳体，所述耐压壳体采用所述圆环形面板肋骨结构进行加强，所述圆环形肋骨面板的内部填充阻尼材料；

所述耐压壳体和所述非耐压壳体由固连结构连接成一体，所述固连结构至少包括肋板、支柱和托板。

其进一步的技术方案为：水密肋位的固连结构采用所述肋板，非水密肋位的固连结构采用所述支柱和所述托板；

所述水密肋位和所述非水密肋位将所述圆环形肋骨面板沿所述耐压壳体周向划分为预定数量的分段，各分段的壁厚根据结构强度、变形和声振分析的结果确定。

本发明的有益技术效果是：

1、通过圆环形面板肋骨结构将各主体结构之间的连接由刚性转换为弹性，具有较强的位移补偿能力，可以有效地解决深海多体结构的变形协调问题。

2、圆环形面板肋骨结构具有良好的振动隔离能力，可以有效地防止或减弱振动能量在内部耐压壳体与外部非耐压壳体之间的传递，降低平台结构的声辐射水平，达到减振降噪的目的。

3、圆环形面板肋骨结构具有优异的可设计性，可针对不同位置的位移补偿和减隔振需求对肋骨刚度进行差异化设计，使耐压壳体沿周向具备与外部约束相适应的分布式刚度。

4、圆环形面板肋骨结构形式简单明确，便于加工制作，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的具有分布式刚度的圆环形面板肋骨结构的示意图。

图2是本发明一个实施例提供的多耐压体结构的示意图。

图3是本发明一个实施例提供的矩形面板肋骨结构的示意图。

图4是图2中a位置局部放大图。

图5是图2中b-b剖面图。

图6是图5中c位置局部放大图。

图7是本发明一个实施例提供的单耐压体结构的示意图。

图8是图7中d-d剖面图。

图9是图7中e-e剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

固连结构联系着平台的内部耐压壳体与外部非耐压壳体，一方面起到在内外双层壳体之间传递载荷和变形的作用，另一方面也是平台内部振动向外部非耐压壳体传递的主要途径，因此固连结构的设计对平台的声幅射水平起着关键的作用。针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提出一种具有分布式刚度的圆环形面板肋骨结构，由于耐压肋骨面板是深海平台固连结构的安装基础，将本发明运用到固连结构的设计中，可以实现固连结构由刚性向弹性的转换，从而消除或减轻各主体结构之间的相互限制和约束，解决平台结构的变形协调问题。

图1是本发明一个实施例提供的具有分布式刚度的圆环形面板肋骨结构的示意图，如图1所示，该圆环形面板肋骨结构包括：固定连接的第一肋骨腹板1和圆环形肋骨面板2。

圆环形肋骨面板2的截面为圆环形，圆环形肋骨面板2上开设有流水孔，使内外海水连通。圆环形肋骨面板2沿耐压壳体周向划分为预定数量的分段，各分段圆环采用相同的外径，通过首尾依次对接并与第一肋骨腹板1组立、焊接形成完整的肋骨圈。

综合运用理论和数值方法对平台结构进行强度与变形计算，以耐压结构沿周向的变形分布均匀性作为优化目标，对各分段圆环面板的支撑刚度进行优化设计，根据计算结果确定圆环分段的壁厚，形成一种具有周向分布式刚度的肋骨结构。圆环形面板肋骨结构沿耐压壳体周向具有与外部结构相适应的弹性刚度，可对耐压壳体的不均匀径向变形进行位移补偿，从而消除或减轻耐压壳体应力的不均匀分布，避免应力集中现象，从而解决多体结构的变形协调问题。

进一步的，在对平台结构进行强度与变形计算时，同步开展平台结构的振动传递与声辐射特性分析，针对各分段圆环面板所在位置的振动能量传递级别，优化该段圆环面板的支撑刚度，并在圆环内部填充阻尼材料，阻隔振动能量在平台舷间的传递，形成一种具有周向分布式刚度的减隔振肋骨结构。

在一种可能的实现中，将图1所示的圆环形面板肋骨结构应用于包括两个并列的耐压壳体的多耐压体结构中，结合参考图2，两个耐压壳体6的外部包覆一层非耐压壳体7，耐压壳体6均采用肋骨结构进行加强，肋骨结构包括图1所示的圆环形面板肋骨结构和图3所示的矩形面板肋骨结构。结合参考图3，矩形面板肋骨结构包括固定连接的第二肋骨腹板5和矩形肋骨面板4，矩形肋骨面板4的截面为矩形。

结合参考图2和图4，每隔预定档数的肋位设置固连框架3，固连框架3用于将两个耐压壳体6、耐压壳体6与非耐压壳体7连接成一体。固连框架3所在肋位的肋骨结构采用圆环形面板肋骨结构，其余肋位的肋骨结构采用矩形面板肋骨结构。

固连框架3所在肋位将圆环形肋骨面板2沿耐压壳体6周向划分为预定数量的分段，各个分段的壁厚根据结构强度和变形计算的结果确定，以使得耐压壳体6沿周向产生均匀的径向变形。图5为图2的b-b剖面图，如图5所示，示例性的，圆环形肋骨面板2沿耐压壳体6周向划分为八个分段，分别是第一分段201、第二分段202、第三分段203、第四分段204、第五分段205、第六分段206、第七分段207、第八分段208。以图5为例，其中受到左侧的耐压壳体6影响最大、位移约束最强的第七分段207壁厚最小，其余分段按照约束的强弱不同选取适当的壁厚，最终使得右侧的耐压壳体6沿周向产生均匀的径向变形。在实际应用中，圆环形肋骨面板2的周向分段数不限于八段，可根据多耐压体的数量、大小、布局以及固连框架的设计情况进行增减，最终目的是使各耐压壳体之间的变形解耦，解决变形协调问题，保障耐压结构的安全性。

可选的，对于任意相邻两个分段，壁厚较大的分段内表面进行削斜处理，使得壁厚较大的分段的端部减薄至与壁厚较小的分段相同的厚度，削斜处理后的分段与壁厚较小的分段焊接在一起。结合参考图6，以第二分段202和第三分段203为例，在第二分段202和第三分段203进行对接时，对壁厚较大的第三分段203内表面进行削斜处理，使第三分段203的端部减薄至与第二分段202相同的厚度，再对第二分段202和第三分段203进行对接焊接，其余分段之间的连接采用相同的处理方式。

在另一种可能的实现中，将图1所示的圆环形面板肋骨结构应用于包括一个耐压壳体的单耐压体结构中，结合参考图7，耐压壳体6的外部包覆一层非耐压壳体7，耐压壳体6采用圆环形面板肋骨结构进行加强，圆环形肋骨面板2的内部填充阻尼材料8。

耐压壳体6和非耐压壳体7由固连结构连接成一体，结合参考图8和图9，固连结构至少包括肋板9、支柱10和托板11。如图8所示，水密肋位的固连结构采用肋板9，如图9所示，非水密肋位的固连结构采用支柱10和托板11。

可选的，水密肋位和非水密肋位将圆环形肋骨面板2沿耐压壳体6周向划分为预定数量的分段，各分段的壁厚根据结构强度、变形和声振分析的结果确定。请参见图8，示例性的，圆环形肋骨面板2沿耐压壳体6周向划分为八个分段，分别为第一分段201、第二分段202、第三分段203、第四分段204、第五分段205、第六分段206、第七分段207和第八分段208。

以上所述的仅是本发明的优先实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。