深海潜水器载人舱结构健康监测评估系统研究

深海载人潜水器是海洋资源勘探和开发的重要装备,其载人舱球壳是保证下潜人员安全及舱内设备正常工作的基础,为及时掌握载人舱球壳在长期使用过程中的安全状态,对其进行健康监测与实时评估十分必要.本文首先对4500m潜水器载人舱球壳进行受力分析;然后根据球壳特征和监测需求设计载人舱球壳健康监测评估系统;对钛合金蠕变对系统测量结果的影响进行了研究分析,研究结果表明在最大工作压力下蠕变对测量结果的影响小于1％;最后给出了结构安全性评估算法函数,并用球壳静水外压试验数据对结构评估算法进行验证.     

多球交接耐压壳结构优化问题的研究

文章对多球交接耐压壳的结构优化问题进行了研究.通过对一系列双球交接耐压壳进行非线性有限元分析,总结了双球交接耐压壳的两种典型破坏模式.在此基础上,提出了多球交接耐压壳结构优化问题的数学模型,并对不同材料的耐压壳进行了结构优化.优化的结果表明,交接角的大小对最优化结构的重量影响十分微小,而在相同的工作深度下,某钛合金材料耐压壳的最优结构具有最小的重量.此外,文中还对多球交接耐压壳的结构形式进行了推广,提出了三种新的多球交接形式.     

基于Kriging模型的深潜器多球交接耐压壳结构优化

基于Kriging模型对深潜多球交接耐压壳进行了结构优化研究.通过试验设计选取样本点,采用非线性有限元方法计算样本的极限强度,建立了Kriging模型,针对不同工作深度的耐压壳进行结构优化.研究结果表明,Kriging模型具有较高的精度,并且克服了优化算法与非线性有限元模型直接结合所带来的计算量巨大且难以得到正确的梯度信息的困难,是求解深潜多球交接耐压壳结构优化问题的有效途径.     

Numerical calculation of coupled damage effects on ship subjected to internal blast loading of warhead北大核心CSCD

［Objective］This paper studies the coupled damage effects of a ship's structure due to the internal blast loading of a warhead. ［Methods］Blast tests with cased charge data are conducted to verify the effectiveness of the coupled SPH-FEM approach, and numerical calculations are then performed on real ship compartment scale model tests to analyze the coupled fragmentation and shockwave damage effects of an explosion in a confined cabin.［Results］The results show that the fragments caused by the detonation of the warhead will first cause local damage to the cabin structure. The shockwave will exacerbate the local damage, and blasted openings will further increase the space for the propagation and diffusion of the shockwave inside the chamber, which will in turn cause damage to the adjacent structures. The simple equivalence of the warhead to a bare charge does not give a true picture of the effect of the warhead on the ship's structure, and fragmentation plays a significant role in the detonation of the warhead.［Conclusions］The results of this study show that employing the coupled SPH-FEM numerical method to calculate the coupling damage effects on a ship's structure can accurately reproduce the warhead damage pattern in tests, thereby providing support for the improved assessment of the damage of naval structures under warhead detonation. © 2022 Chinese Journal of Ship Research. All rights reserved.     

材料性能和压入深度对球压痕堆积/沉陷的影响

压痕硬度受材料堆积/沉陷影响明显,通过有限元仿真技术分析了材料性能和压入深度对堆积/沉陷的影响,结果表明,随着弹性模量与屈服强度比、压入深度增加或硬化指数减小,材料的沉陷量减小而堆积量增加;当弹性模量与屈服强度比相对较小时,堆积/沉陷受硬化指数的影响较明显。根据建立的等效应变与材料堆积/沉陷的拟合函数关系,可以判断压痕过程的堆积/沉陷状态,从而对计算得到的压痕硬度的准确性进行评判。     

中空球形氢氧化铝粉体的煅烧动力学分析

以硫酸铝为原料,尿素为沉淀剂,在一定的醇水比例及水热条件下,经过一定的干燥处理之后,得到了中空球形的氢氧化铝粉体.采用SEM、XRD测试和TG-DSC分析对粉体的微观结构及热分解和晶型转变过程进行了研究.利用Popescu法[1]和Doyle-Ozawa法[2]分析了粉体的煅烧动力学.分析结果表明:由Popescu法确定了样品煅烧过程的机理函数的积分形式为g(a)=[1-(1-a)1/3]2,属于D3模型,是球形对称的三维扩散过程.该过程的活化能E a=175.123 kJ/mol,指前因子A=1.877×109~1.711×1010,用Doyle-Ozawa法计算出该过程的活化能E a=167.677 kJ/mol.由上述两种方法的分析结果可以得知:不同的分析方法对同一个动力学过程的分析结果基本保持在误差允许范围之内(ΔE=E1-E2<10 kJ/mol).     

带大开口观察窗的球形耐压壳的稳定性分析

球壳的结构性能对缺陷很敏感。在实际工程问题中所制造的球壳模型由于带有几何上的不完善,其结构性能的分析相对无缺陷模型更为复杂。为研究带大开口球壳结构的稳定性,对冷冲压加工的带大开口的球壳进行了详细的几何测量,据此建立有限元模型,进行了包含接触面滑动、几何大变形、材料非线性等特性的屈曲分析,并用半经验公式对局部缺陷做了稳定性计算,由此得出一些可供设计使用的带大开口球壳结构性能的规律与结论。     

深潜器载人球壳规范设计公式的比较

文章首先简要地介绍了几个船级社现有的关于深潜器载人球壳的规范设计公式,这些公式背后的理论基础要么是经典的屈服破坏或屈曲破坏.然后,应用这些规范公式对国际上现有的几个载人潜水器耐压球壳的设计厚度进行了计算,在计算中统一了输入的设计参数并将这些计算结果进行了比较.比较表明,不同船级社设计公式给出的球壳厚度存在很大差别,绝大多数设计规范计算出的厚度都超过潜水器的实际壳厚.因此,作者认为非常有必要对各船级社的规范设计公式进行更新,最好能像民船共同规范一样给出统一的球壳设计公式.最后,文中对如何建立统一公式的研究过程提出了建议.     

载人深潜器钛合金耐压球壳极限强度可靠性分析

以研制中的全国产化4 500 m级载人深潜器为背景,采用非线性有限元和弧长法计算钛合金球壳极限强度,通过有限元计算得到考虑多参数影响的球壳极限强度拟合公式。基于响应面法对完整球壳以及开孔球壳进行可靠性计算,分析随机变量参数敏感性,讨论球壳厚度、内半径、初始缺陷幅值及开孔连接处角度等不同参数对钛合金耐压球壳可靠性指标的影响。