深海耐压结构观察窗应力分析

大深度耐压开口结构的设计问题是深海探测装备研制过程中的关键技术问题之一.文章针对大深度载人潜水器的观察窗,从理论上给出了观察窗的应力计算方法,由此可从理论上对观察窗的结构进行优化设计,进而探索观察窗变形计算方法和蠕变计算公式.     

深海耐压结构观察窗应力分析

大深度耐压开口结构的设计问题是深海探测装备研制过程中的关键技术问题之一。文章针对大深度载人潜水器的观察窗,从理论上给出了观察窗的应力计算方法,由此可从理论上对观察窗的结构进行优化设计,进而探索观察窗变形计算方法和蠕变计算公式。     

载人深潜器观察窗的力学性能

载人球是深海载人潜水器最为关键的部件.在设计过程中,要准确了解观察窗在使用工况下的蠕变变形过程和强度变化过程,据此开展窗座设计.否则可能出现观察窗挤出窗座或者在蠕变过程中变形不协调使得密封失效,或者载人球整体抗压能力的降低.文章通过计算分析和试验两种手段,对深海观察窗的强度、蠕变、边界条件的影响进行了研究.观察窗与窗座之间的相对位移,文中认为由两部分构成:一部分是观察窗玻璃随时间的蠕变变形,另一部分为观察窗与窗座在海水压力作用下发生的挤压变形.文中采用有限元方法进行接触分析,了解在不同边界摩擦系数下,观察窗因海水压力产生的挤压变形.从加工出来的观察窗产品中,任意抽取了两套侧观察窗和两套主观察窗进行试验研究.对理论计算与试验结果进行了对比分析,相关结果可供工程设计参考.     

深海载人潜水器耐压球壳的接触有限元分析

深海载人潜水器在海洋资源勘察和深海科学研究如热液喷口研究、地球物理和地球化学等方面发挥越来越重要的作用.在载人潜水器的研制过程中,载人耐压球壳的安全性最受关注.基于对载人耐压球壳特点的分析,作者认为在出入舱口和三个观察窗部分严格来说是接触问题,应该采用接触有限元分析的方法而不是通过假定没有滑动采用传统的有限元分析.本文对接触问题的基本理论以及数值技术如搜索策略、最终的方程和算法等进行了介绍.然后采用有限元方法对一个深海载人耐压球壳的接触问题进行了分析.基于应力应变的分析结果,对摩擦系数对接触区应力分布的影响也进行了研究.分析发现在出入舱口和三个观察窗部分应力是协调的.通过对观察窗附近两种不同材料的变形协调分析也验证了观察窗设计的合理性.     

基于压缩蠕变试验的观察窗蠕变特性研究

有机玻璃是深海耐压结构观察窗的常用材料,作为高分子材料,其在室温高压环境下的蠕变变形不容忽视.本文针对国产YB-3有机玻璃开展室温环境中的单轴压缩蠕变试验,探究材料在室温高压环境下的蠕变特性.引入温度函数对陈化理论进行修正,采用最小二乘法拟合得到材料的蠕变本构关系并与有限元分析结果进行对比验证.最后基于有机玻璃室温压缩蠕变本构关系,运用有限元方法探究不同形式观察窗的蠕变特性,可为观察窗的工程设计提供参考.     

基于Isight球形深潜器耐压观察窗座结构优化设计

观察窗座设计是深海载人潜器耐压结构设计中的重要部分。论文针对潜深1500m的球形耐压结构观察窗座设计进行了研究。选择了了适宜的观察窗形式,采用接触有限元方法进行数值模拟计算。以位移和最大应力值为优化目标,采用非支配排序遗传算法,对观察窗座内侧结构进行了多目标优化设计并给出了优化结果。     

常压潜水装具半球形观察窗蠕变特性分析

常压潜水装具半球形观察窗是常压潜水装具的关键设备之一,与仿人形耐压躯体组合,能为潜水员提供装具内的常压环境,并为潜水员提供足够的观察视野。作者针对半球形观察窗接触变形、蠕变变形等问题做出了计算分析与试验研究,并应用于半球形观察窗设计中,以期对类似水下用半球形观察窗设计提供参考。     

锥边球扇形观察窗结构的协调性分析

观察窗等开口结构作为载人潜水器设计关键技术,是载人舱设计中的难点之一.文章基于数值计算方法重点开展了锥边球扇形观察窗结构分析和协调性研究.通过对球形潜水器观察窗的理论与数值方法比较分析,验证了接触有限单元法求解观察窗结构局部强度的正确性;进而通过改变窗玻璃与窗座接触面锥角,研究锥边球扇形观察窗整体应力水平与变形的优化,以及窗玻璃与窗座凸缘之间的应力集中系数与变形系数等协调性分析.最终基于接触有限元法,结合规范设计曲线,即可方便进行锥边球扇形观察窗结构的设计优化和工程应用.     

钛合金耐压结构蠕变数值计算方法与试验验证

通过对比分析多种典型蠕变本构模型,考虑应力水平、本构模型、蠕变时间等三个因素的影响,确定了TC4ELI材料钛合金常温压缩蠕变本构方程及其系数,初步建立了钛合金耐压结构蠕变数值计算方法。对钛合金环肋圆柱壳模型开展蠕变数值计算,给出蠕变前后模型的应力、应变和位移的变化情况。结果表明:修正的时间强化模型可以表征钛合金耐压结构初始蠕变阶段和稳态阶段的蠕变特性,能够适用于深海钛合金耐压结构的蠕变计算;产生蠕变变形后钛合金耐压结构应力重新分配,高应力区范围有所扩大,蠕变后弹性应变和总应变均减小;相比于纵向,蠕变对环肋圆柱壳结构的径向变形影响更大。     

基于蠕变特性的耐压球壳多目标优化

本文针对载人潜器耐压球壳,在考虑了观察窗蠕变效应的基础上,设计了参数化计算流程,进行了设计变量的灵敏度分析,采用径向基神经网络建立了近似模型。进一步以临界应力、临界压力为约束,以球壳质量、主侧观察窗蠕变位移为目标,建立了多目标优化模型,采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行了求解。结果表明:在耐压壳体质量增加幅度不大的情况下,观察窗蠕变变形优化效果明显,大大提高了载人潜水器的安全性,为载人潜水器耐压球壳设计提供了参考。