深海超高压环境模拟容器裂纹评定

深海超高压环境模拟容器用于模拟水下压力环境,其容器壁上承受反复载荷,容易产生疲劳裂纹.疲劳裂纹扩展是影响其断裂的主要因素.本文旨在分析半椭圆裂纹在老化的深海超高压环境模拟容器中的扩展行为,评估容器的安全性,因此对材料20MnMoNb钢的裂纹扩展特性进行了试验研究,首先考虑三角形和梯形加载情况,通过比较两组实验结果,考察了其材料对保载时间的敏感性.采用基于统一的裂纹扩展率模型的三维有限元方法进行了疲劳裂纹扩展计算,并通过CT试样的一组数值和实验结果进行了验证,最后建立了不同初始尺寸、展弦比和倾角的裂纹有限元模型,并根据裂纹在容器内壁的容许深度准则,计算了容器的剩余寿命.其分析结果可为深海超高压环境模拟容器可靠性评估提供参考.     

桁架式Spar平台方案设计研究

Spar平台是一种用于深海油气开发的海洋结构物.目前对Spar平台的研究集中在其运动特性和水动力分析、结构强度和疲劳研究以及垂荡板的性能和设计上.然而,国内对于Spar平台设计方法的研究却很少,国内外公开发表的文献也很少,这给Spar平台的设计带来了困难.本文归纳了桁架式Spar平台方案设计的基本流程,包括总布置、主尺度的选择,以及对设计方案进行的稳性校核和水动力分析.在此基础上,针对平台的不同结构推荐使用相应的ABS和API规范进行结构设计,并应用设计波法对得到的结构尺寸进行强度校核.通过一个实例详细说明了整个设计过程,分析结果表明该设计方案是可行的.同时指出了传统的海洋工程设计方法存在的问题,提出在传统设计方法的基础上,应用多学科设计优化思想进行海洋平台的方案设计的基本思想.     

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。     

钛合金Ti-6Al-4V ELI厚板多层多道焊试验与数值模拟

对2块厚度为24mm的Ti-6Al-4VELI厚板进行夹角为171.98°的多层TIG焊接试验,基于SYSWELD软件平台,在焊板两端完全刚性固定的装夹条件下数值模拟计算焊接温度场、应力场和焊接引起的变形.计算结果表明,焊接温度场的变化规律符合实际,焊缝区的拉伸残余应力最大,热影响区的压缩残余应力较大.焊接数值模拟得到的残余应力场与试验测量值能较好地吻合,验证了数值模拟模型的准确性.该数值模拟方法可应用到大深度Ti-6Al-4VELI载人舱强度计算中的焊缝残余应力模拟中.     

基于全寿命周期的海洋平台概念设计方法研究

以常规海洋平台概念设计方法为基础,从提高设计方案的工程可行性出发,提出了基于全寿命周期的海洋平台概念设计新方法。该方法的核心理念是在概念设计阶段就考虑从建造、运输、安装、作业直到弃置回收的平台全寿命周期,从系统的角度来进行主尺度规划。最后,以中海油研究总院深水工程重点实验室提出的深水不倒翁平台(Deepwater Tumbler Platform,DTP)概念为例,详细地阐述了该方法主要流程,获得了DTP平台的设计方案,分析表明该设计方案在平台全寿命周期内具有可行性。     

双极群铅酸蓄电池性能研究

本文主要研究了双极群铅酸蓄电池中并联的两个单独极群内部连接如否对铅酸蓄电池容量、过充电寿命、浮充电寿命的影响,试验结果表明,内部连接能有效遏制铅酸蓄电池偏流,延长其使用寿命,提高其稳定性。     

船体表面清洗机器人磁吸附机构的优化设计

为提升永磁轮的磁吸附效率,以用于为船体表面清洗机器人提供吸附性能的永磁轮为研究对象,提出一种改进的径向充磁磁路.通过静力学分析获得永磁轮所需最小吸附力,分别针对3种磁路形式开展有限元仿真分析,结果表明,与传统的磁路相比,改进的磁路设计能明显地提高永磁轮的吸附力.在此基础上,开展永磁轮主要尺度的敏感性分析,确定该永磁轮模型结构尺寸,磁铁的厚度为20 mm,导磁铁的宽度为6 mm,为船舶清洗机器人总体设计打下基础.研究成果对船舶爬壁清洗机器人、检测机器人、储罐检测机器人和核电站检测机器人等同类机器人的开发具有借鉴意义..     

多学科设计优化在桁架式Spar平台概念设计中的应用(英文)

在传统的桁架式Spar设计过程中,设计人员通常只选择一个或两个学科作为某个阶段的设计目标,而没有把设计过程作为一个整体进行研究.同时,传统的设计方法没有充分考虑决定Spar性能的多个学科之间的相互影响和耦合作用.因而,传统的设计方法很难获得最优的设计方案.为解决这一问题,该文将多学科设计优化方法引入桁架式Spar的概念设计,以实现真正的设计优化.文中首先介绍了桁架式Spar的传统设计方法以及多学科设计优化的基本理论,讨论了如何将多学科优化技术应用于Spar平台的概念设计.进而提出了一种适用于Spar设计的多学科设计优化方法-基于响应面的协同优化方法,并基于该方法,建立了桁架式Spar的设计优化框架.最后,对今后的研究方向提出了几点建议.     

张立腿平台浮箱框架结构强度分析方法研究

浮箱是张力腿平台主体结构的组成部分之一,它承受着由平台甲板和立柱传递来的总体载荷以及局部静水载荷。不同的浮箱结构型式会对荷载路径和受力大小产生影响,不同的设计需求会带来不同的结构型式设计。本文介绍 TLP平台浮箱框架的典型结构型式以及基于有限元的强度分析方法,并通过浮箱横向框架有支柱和无支柱2种不同型式的浮箱框架结构案例分析予以阐述。     

全海深载人舱备选材料TB19的低周保载疲劳寿命和破坏模式的试验研究

全海深载人潜水器正在研制中,其载人舱材料的合理选择是保证潜水器在严峻环境中使用安全的重要因素。高强度钛合金TB19是全海深载人舱的备选材料之一,材料在使用过程中将承受高应力水平下的蠕变疲劳载荷的作用。文章对TB19的低周保载疲劳寿命和破坏模式进行了试验研究,并与已应用于在役载人舱的Ti-6Al-4V ELI材料的性能进行了对比。该研究结果可为后续全海深载人舱的选材和载人舱初步设计提供指导。