大坝深水检测作业载人潜水器载体框架设计方法研究

在国内外典型深海载人潜水器载体框架结构设计应用研究的基础上，结合大坝深水检测作业的工程应用需求，从设计原则、选材分析、设计载荷、安全系数和设计方案等方面，通过对比分析浅深度与深海载人潜水器载体框架的异同点，结合设计难点总结了大坝深水检测作业载人潜水器载体框架的设计思路与方法，并对两种载体框架设计方案的强度校核结果进行了比较分析，对载体框架进行设计优化。结论可为同类型、浅深度的水下检测作业装备载体框架设计提供参考。     

大深度载人潜水器钛合金框架试验研究

对大深度载人潜水器来说,框架是潜水器的设备载体,不仅要保证框架在各种使用工况下其强度满足要求,而且还要保证框架具有合理的刚度,保证设备、电缆液压管路的正常使用.对框架进行试验验收是检验框架安全性最为重要的环节.由于框架是空间结构,布置的大大小小上百个设备都作用在框架上,在试验过程中对这些设备进行完全载荷模拟和框架变形的测量相当困难.在此之前,我国还没有进行过类似大深度载人潜水器钛合金框架试验.本文的主要目的是介绍和总结这次框架试验.本文所涉及的内容包括载荷的模拟方法,应力、变形的测量方法、试验中可能出现的安全问题及其解决办法,试验岗位的配置,试验的后处理任务等等.同时,本文将试验结果与理论分析进行了比较,对大深度载人潜水器框架结构的安全评估等内容进行了探讨,可供以后的类似试验作为参考依据.     

深海载人潜水器载体框架结构设计与强度分析

载体框架是用于安装固定载人舱、蓄电池、可弃压载、可调压载水舱、高压气罐和浮力块等深海载人潜水器设备的空间桁架结构,也是深海载人潜水器布放、回收和甲板系固的主要承力结构。因此,载体框架的设计应便于设备、仪器、浮力块和轻外壳的安装、拆卸与维护;并有足够的强度和刚度,以保证载人潜水器的布放和回收,以及在母船甲板上系固。在上述条件下,还应使其重量尽可能小。总结和介绍了我国正在建造的深海载人潜水器载体框架的材料选择、计算工况及设计载荷与许用应力的确定、结构型式的确定、构件的连接方式、节点的优化处理,以及结构强度的分析方法,给出了载体框架在单点回收和甲板系固两种工况下的强度分析结果,为今后研制同类型产品提供参考。     

深海载人潜水器外部结构设计研究

全面总结了某深海载人潜水器外部结构中的载体框架、浮力材料、轻外壳、稳定翼的设计工作,对各种外部结构在载人潜水器中发挥的作用、材料的选取、设计思想、设计载荷和安全系数的确定、强度分析与校核等方面进行了详细的论述,以便为今后建造类似的载人潜水器提供参考.     

大深度载人潜水器浮力块的加工和安装

介绍了满足大深度载人潜水器要求的浮力块的使用条件和技术要求;根据各类浮力块的组成和工艺性能,提出了浮力块的粘接、机加工和表面处理、以及安装工艺。由于潜水器的载体框架是由钛合金焊接而成,而浮力块是由浮力材料毛坯粘接并经过数控机床加工而成,这样在载体框架和浮力块中由于加工方法的不同,造成了加工精度的不相称,从而导致浮力块安装时二者之间不匹配的矛盾。通过对载体框架和浮力块装配尺寸链的分析和计算,采用极值互换法,成功地解决了浮力块在载体框架上的安装难题,满足了潜水器的安装技术要求。所获得的经验和工艺参数将为深海水下机器人浮力块加工和安装提供依据,为编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范提供参考。     

大深度载人潜水器极限承载能力非线性有限元分析方法研究

大深度载人潜水器载人舱的极限承载能力是载人潜水器安全性的保障,在设计制造中非常关键。本文基于非线性有限元方法,对大深度载人潜水器球形载人舱极限承载能力进行了分析计算,提出了大深度载人潜水器球形载人舱极限承载能力非线性有限元计算中的影响因素;并与极限承载能力设计新公式计算结果进行对比,验证了本文非线性有限元分析方法和设计新公式的广泛适用性,为大深度载人潜水器建造规范和检验指南的制定奠定了基础。     

基于BLH框架的大深度载人潜水器总体性能的多学科设计优化

建立了一个大深度载人潜水器总体性能多学科设计优化的数学模型,并提出了BLH多学科设计优化框架来对大深度载人潜水器多学科设计优化数学模型进行构建.通过拉丁方试验设计方法对设计变量与多学科优化目标的相关性进行分析,最终得到满足性能指标要求的大深度载人潜水器总体设计优化结果.     

全海深载人潜水器超高强度钢制载人球壳的极限强度分析与模型试验

载人耐压舱是保证载人潜水器安全性的最核心部件,文章主要针对上海海洋大学正在研制的万米载人潜水器开展载人球壳的极限强度理论分析和模型试验研究。该载人耐压球壳采用超高强度马氏体镍钢。有限元分析包括静应力分析和屈曲分析,获得了耐压球壳的极限强度和失效模式;在此基础上,设计了模型球进行了极限破坏试验。通过有限元分析结果和试验结果对比,获得了球壳极限破坏压力失效模式和加载过程中球壳表面应变的变化历程。试验结果和有限元结果基本一致,验证了设计方法对马氏体镍钢球壳的适用性。该研究为后续全海深耐压球壳的设计提供了可靠的试验和理论基础。     

载人潜水器概念设计中的系统集成模型(英文)

在载人潜水器的概念设计阶段,开展系统参数化分析来研究设计变量变化对潜水器性能影响以及多学科优化设计方法在潜水器上的应用是十分有价值的.然而,对于系统参数化分析和多学科设计优化应用所需要的潜水器数学模型,这方面的研究却比较少.为了解决这一问题,该文以某载人潜水器为对象,示范如何建立一个包含有六个模块的载人潜水器系统集成模型,它们分别是艇型模块、阻力模块、能源模块、结构模块、重量模块和稳定性模块.通过设计结构矩阵的应用,发现载人潜水器的概念设计是一个顺序执行的过程,并且属于弱耦合设计问题.     

深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究

对现有的潜水器耐压壳的研究主要都围绕薄壳结构,而深海载人潜水器耐压球壳,已属于厚壳的范围.国际上还没有均匀外压下厚球壳的解析解,只有美国海军泰勒水池耐压球壳设计公式及俄罗斯相应的公式可以参考.因此本文基于有限元的分析方法,对大深度载人潜水器耐压球壳极限强度进行了研究.通过对有限元参数的比较,提出了一个合理的有限元分析模型,计算结果与实验数据相符,而泰勒水池公式及俄罗斯公式的误差较大.然后计算了一系列半径厚度比下的耐压球壳的极限强度,并研究了初挠度的影响.本文认为对于深海载人潜水器耐压球壳可以直接根据有限元计算确定其极限强度,泰勒水池公式和俄罗斯公式偏于保守;耐压球壳经过精加工,初挠度对于其极限强度的影响不大.为了实用起见,本文还给出了完善耐压球壳极限强度与经典值的比值曲线,以及初挠度效应曲线.     

载人潜水器耐压球壳的多目标优化设计

采用基于响应面(RSM)近似模型和遗传算法(GA)对某深海载人潜水器耐压球壳进行多目标优化设计。首先建立深海载人潜水器耐压球壳的结构优化模型,通过试验设计(DOE)获得设计目标的响应特性,拟合得到响应面近似模型,最后采用Pareto遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到潜水器耐压球壳的优化设计方案。     

氧烛供氧在全海深载人潜水器的试验验证

全海深载人潜水器使用氧烛作为其载人舱内的供氧手段之一。为了验证氧烛的供氧性能,在氧烛的设计和验收过程中设置了多种试验,封闭空间内的载人密闭试验是这些试验中较为重要的一种。论文对氧烛在模拟载人密闭舱中进行的多次性能试验以及在全海深载人潜水器载人舱内进行的性能试验情况进行了介绍,对试验过程中载人舱室内的氧浓度数据进行分析和说明,解决了工程应用中尚无氧烛在载人潜水器中使用数据缺乏的问题。     

大深度载人潜水器耐压壳极限承载力分析

通过对钛合金材料的力学性能试验数据的研究拟合出钛合金材料曲线,同时对泰勒水池公式的计算结果和有限元计算结果进行比较,将泰勒水池公式的有关思想应用于有限元分析结果的处理,对有限元分析的结果进行改进,较好地评估大深度载人潜水器耐压壳体的极限承载力。据此提出在大深度载人潜水器的耐压壳体初步设计阶段可以用该方法对结构的承载力进行预测。     

新型复合材料在深海载人潜水器上的应用

论述了深海载人潜水器轻外壳的选材原则和标准、结构型式和成型工艺,并通过对新型复合材料轻外壳试制样品的试验研究,获得了较为完整的轻外壳物理性能参数和机械性能参数,这些性能参数将为深海水下机器人轻外壳结构的设计提供依据,并为编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范奠定了基础.     

材料力学特性对球型耐压结构极限强度的影响

为了揭示材料主要力学性能对深海耐压结构极限承载能力的影响规律,本文以完整球壳为研究对象,采用非线性有限元方法,开展了材料力学特性变化对极限强度的影响研究。通过大量数值计算与归纳分析,得到了材料屈服强度和杨氏模量随厚径比变化对球壳极限强度的影响规律,研究发现随着厚径比的增加,材料刚度特性对结构极限强度的影响权重逐渐减少,屈服强度影响权重逐渐增加,在此研究基础上本文提出了一种考虑屈服强度变化的球壳极限强度计算新方法,为潜水器耐压结构选材与设计提供参考。     

材料力学特性对球型耐压结构极限强度的影响

为了揭示材料主要力学性能对深海耐压结构极限承载能力的影响规律,以完整球壳为研究对象,采用非线性有限元方法,研究了材料力学特性变化对极限强度的影响。通过大量数值计算与归纳分析,得到了材料屈服强度和杨氏模量对不同厚径比球壳极限强度的影响规律。研究发现,随着厚径比的增加,材料刚度特性对结构极限强度的影响权重逐渐减少,屈服强度影响权重逐渐增加。在此研究基础上,提出了一种考虑屈服强度变化的球壳极限强度半经验拟合公式,为潜水器耐压结构选材与设计提供参考。     

大型船舶舵杆螺母自动安装机设计与试验

为解决大型船舶舵叶体高空悬挂轴连接安装存在的安全、质量和效率方面的问题,研制一种大型螺母自动安装机设备.该自动化设备主要采用液压顶推与电机旋转拧紧配合实现大型螺母的悬挂安装;通过螺母紧定拖拽液压缸获得螺母的纵向顶推进给;通过螺母承载盘旋转的驱动电机实现大型螺母的水平面旋转进给.设计螺母承载托盘本体和装夹方法,以及拖拽液压缸本体机构、地面泵站液压动力系统、螺母拖拽支撑架和螺母承载托盘旋转驱动机构等关键部件,并对其工作原理进行阐述,同时设计工作流程.在此基础上,研制实物样机进行试验,结果表明,该自动化装备能降低工人高空作业的风险,提高螺母安装质量,提升螺母安装效率,具有应用和推广价值.     

全海深载人潜水器用浮力材料的初步研究

目前我国有两台全海深载人潜水器和几台全海深无人潜水器和着陆器正在研制。在所有的这些深海装备中,全海深载人潜水器代表着深海技术的制高点。要设计一台全海深载人潜水器,如何来选择浮力材料就是其中的关键问题之一。文章针对全海深载人潜水器浮力材料选择过程中所涉及的各种问题开展初步研究。通过研究,获得的主要结论是,满足规范要求的1.5倍安全系数的浮力材料目前还没有。如果要降低安全系数,根据有限的试验数据的经验外插,可以把安全系数降至1.4,但需要对满足1.4倍安全系数的浮力材料开展深入的吸水率特性研究。同时,针对现有浮力材料密度过大的问题,文中提出了一种在大型浮力块中添加陶瓷球的思路,可以把密度从0.7 g/cm~3下降至0.64 g/cm~3。该文的研究可为全海深载人潜水器浮力材料的选择提供一定的理论基础。     

全海深载人潜水器下潜运动型线优化

以某全海深载人潜水器为研究对象,以其下潜运动为例开展阻力数值模拟和试验验证。通过计算域和网格敏感性分析,采用不同湍流模型进行对比研究,并与模型拖曳试验结果进行比较,获得该潜水器的下潜运动计算模型。在确定了数值计算方法后,采用试验设计、近似模型和全局优化算法等方法对潜水器艉部型线进行优化,结果表明该方法可有效降低潜水器的下潜阻力,从而达到缩短潜浮运动时间的目的,研究成果对于该潜水器及类似潜水器的工程研制具有一定指导意义。     

潜水器耐压壳结构研究现状及展望

潜水器是海洋观测与作业的重要技术装备,耐压壳是潜水器的核心结构部件。论文介绍了国内外潜水器的发展概况,对不同类型潜水器耐压壳的结构形式、材料选用,强度与稳定性设计计算方法等进行综述,展望潜水器耐压壳研究和应用的方向。