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2．薄壳结构力学在水下舰船工业中的应用研究
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（1）针对深水外压下潜艇端部的稳定性问题进行锥壳和斜锥壳屈曲研究[2.32]
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锥壳和斜锥壳是潜水艇的艇艏和艇尾的基本结构，在水压下的耐压性是潜艇下潜深度的决定性指标。20世纪60年代，张维深入船舶工业系统，开展水下结构的稳定性研究。他指导研究生叶清环将“均匀外压下斜锥壳体的强度和稳定性理论与实验研究”作为论文题目[2.31]，并安排她到上海船舶研究所调研。斜圆锥壳是可展的非对称壳体。叶清环计算出薄膜应力分布和边界效应的一次近似解。
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至于实验研究部分，张维亲自到校实习工厂，找到了技术精湛的王亥辰师傅商议，经过王师傅的努力，终于加工出了一个光亮的、厚度薄且均匀的精车钢制斜锥壳。叶清环用这个“宝贝”在学友刘宝琛（时为杜庆华的研究生）设计、并参与加工的压力容器中，用电测法测试了壳体的内力分布，并做了外压下的稳定性试验，测定了斜圆锥壳的临界压力。1959年清华大学土木工程系毕业的叶清环在张维指导下，在研究生论文工作中得到了理论与实践的锻炼与提高，为她毕业分配到核工业部九院工作、作出优秀成绩打下了坚实基础。
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（2）提出用圆环壳做承受高压的水下密封舱的加强肋
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张维提出用圆环壳做承受高压的水下密封舱的加强肋，以代替传统的T-型或球扁钢型肋，被列入“九五”攻关项目。张维及其科研助手任文敏指导王安稳[2.17]、黄剑敏[2.33]、刘文国[2.34]等博士生，对具有圆环壳加强肋的圆柱壳进行稳定性和冲击破坏的研究，张维亲自参与了实验方案的设计。通过理论分析和在中国船舶研究中心所做的小型模型试验，证实：由于作为加强肋的圆环壳与圆柱壳结合构成闭合截面，提高了肋的抗弯和抗扭刚度，以用等量钢材为前提，采用这种新型加强肋，可使船舶潜水深度增加20％以上，还可提高潜艇装载燃料、淡水或压缩空气的能力。
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张维为了探究该加强肋方案实施的可能性，亲自调研模型制作和加工方法。张维从时任航天部南京晨光机械厂副总工程师董珉处了解到该厂具备加工高精度大型波纹管的能力，其中的波峰部分正好可用作加强肋。1988年5月张维给董珉写信请求支持，由王安稳带着张维的亲笔信到南京面见董珉，正是由于张维的人格魅力，董珉当即热情表态：由厂工艺设计室的同志进行技术攻关。同年10月，张维率任文敏、王安稳到南京晨光机械厂研究模型加工问题，会同工程技术人员，一起对模型的加工问题进行了详细的讨论，为保证试件精度，决定将大型波纹管波峰处的圆环壳部分切割下来，然后用氩弧焊焊接到加工好的圆柱壳上，以保证试件在切割、焊接过程中不变形，满足试验件的技术要求。该厂为张维课题组加工了两种不同加肋密度的一批6个试件，而且只象征性地收取了成本费。
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张维在外压下带圆环壳加强的肋圆柱壳稳定性实验现场
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张维还不避酷暑亲自到中国船舶研究中心现场，指导水压下具有圆环壳加强肋的圆柱壳结构稳定性实验。在该研究所所长吴有生（清华大学工程力学系校友）等工程技术人员的大力支持下，顺利完成了实验，验证了该方案的可行性。
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（3）提出用圆环壳作为潜艇端部圆锥壳与圆柱壳艇身连接的过渡段
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为降低潜艇耐压艇体中不同壳体连接处的应力集中，张维向海军工程大学教授郭日修（20世纪四五十年代曾为张维助教）提出用圆环壳段作为两种壳体连接之过渡段的建议，以取代直接将潜艇端部圆锥壳焊接在艇身圆柱壳的结构。经海军工程大学郭日修、王安稳研究实施，取得了很好效果。
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张维建议手稿
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3．薄壳结构在土木工程中的应用
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（1）解放初建成我国钢筋混凝土圆柱形薄壳屋顶
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1952年，张维任三校建委会主任，为建设需要一个大空间的清华汽车实验室（即现在的燃气轮机实验室），他大胆建议采用薄壳结构，在清华大学设计和建造了当时在我国还极为少有的钢筋混凝土壳体屋顶。该屋顶共有七跨，每跨弦宽6m，长10.25m，其厚度仅5cm（见下图）。这种结构在西方也只是在20世纪30年代后期才在德国出现。张维和设计组长刘恢先带领卢谦等青年教师、学生和工人师傅，进行反复计算，研究配筋方案。他们查阅了有关文献，用位移为基本未知量给出了一个四阶微分方程，并用手摇计算机求解给出了计算结果，保证了设计的理论根据。为使大跨度钢筋混凝土圆柱薄壳具有足够的刚度，卢谦等提出必须在圆柱壳两端用实心的山墙支撑，在圆柱壳两条直边上必须安置较强的边梁，同时在山墙、边梁附近的壳体也必须适当加厚，以解决圆柱壳边界处边缘效应所产生的弯曲应力。这些建议得到张维的认可和赞扬。为了使设计可靠，张维建议和指导卢谦等建造1∶10的模型，用砖加载进行试验，测量变形以核算设计计算的准确性。在苏联专家萨多维奇的帮助指导下，张维亲自在施工现场参与，终于浇注成功了我国较早的钢筋混凝土壳体屋顶。此建筑虽经1984—1985年维修改造，至今其结构仍完好如初。与此同时，清华大学还设计建造了薄壳屋顶的员工食堂等一批建筑设施。
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1952年建成的清华大学汽车实验室（现为燃气轮机实验室）
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（2）设计建设钢筋混凝土双曲拱壳屋顶
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1958年由张维指导、清华大学土木建筑综合设计院郑金床等设计，1959年建成的通用车间（后又称焊接车间，位于新清华学堂北，现已拆除），其两翼是普通拱形屋顶，而中间高耸凸起的那部分屋顶是由40个厚度仅3厘米的钢筋混凝土双曲拱壳组合而成的，其外轮廓为曲率半径约10米、东西弦长11.84米（弦高约2米）、长度为30米的圆柱形。见通用车间结构示意图，图中还给出了每个双曲拱壳的示意图，其周边有加强边梁。
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通用车间（后又称焊接车间）屋顶结构示意图
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