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.     

基于iSIGHT的深海载人平台总装台架重量优化

基于iSIGHT优化设计平台,结合有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对某深海载人平台总装台架进行重量优化。优化过程采用自适应模拟退火算法(ASA),在满足结构屈服强度的前提下,给出重量最小的优化方案。结果表明,优化方案满足结构屈服强度要求,且重量较原有方案明显减少。该方法可以推广到其他结构位置的优化设计中,对深海载人平台的进一步设计具有一定的参考价值。     

大深度潜水器稳定翼设计方法的研究

论述了大深度潜水器稳定翼外形及布置方式、材料选择及结构型式、外载荷确定方法、动载荷及安全系数的选择、应力计算方法及其强度校核标准等,为我国编制大深度载人潜水器入级和建造规范中稳定翼设计提供依据和研制同类型产品(HOV,ROV,AUV)提供参考.     

全海深载人潜水器载人舱缩比结构模型试验研究

"十三五"期间中国提出了"深海进入、深海探测、深海开发"的海洋战略。全海深载人潜水器即是"深海进入"的重要装备,其核心部件载人舱的材料选择、设计标准、制造工艺以及结构安全评判就成为需要解决的技术问题。论文针对超高强度马氏体镍钢C250制造的载人舱缩比结构模型,进行压力筒静水压力测试;并对结构应力、极限载荷和体积收缩率进行测试,以研究超高强度马氏体镍钢应用于深海载人舱的设计、计算与制造的可行性。     

深海载人平台观察系统研究与设计

介绍水下摄像与照明装备以及观察窗的技术现状,围绕深海载人平台观察系统开展设计,阐述深海载人平台高清摄像与水下照明系统的布置及体系架构,给出深海载人平台观察窗的类型和材质,分析深海载人平台观察窗的照明条件和厚度,为深海载人平台观察系统的设计提供参考。     

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。     

载人潜水器马氏体镍钢载人舱设计

载人潜水器凭借优异的深海作业与探测能力,越来越多应用于海洋开发与海底资源的勘探中。我国的“蛟龙号”与“深海勇士号”载人潜水器均使用钛合金作为载人舱的耐压结构材料,而俄罗斯“和平号”载人潜水器独创地使用马氏体镍钢材料设计与制造载人舱及其他耐压罐体。对于这种超高强度钢用于载人舱的设计制造国内尚无应用经验。对马氏体镍钢载人舱的结构设计、结构计算、规范适用性进行研究,以总结马氏体镍钢用于载人潜水器耐压结构设计与计算的经验,推进其在我国深海装备领域的应用。     

深海多功能浮标设计

为满足深海载人平台深海高精度定位及远距离通信的需求,分析目前深海多功能浮标的技术现状,通过对深海多功能浮标有缆方案和无缆方案的对比分析,确定深海多功能浮标的技术方案,阐述深海多功能浮标的工作原理及系统组成,基于深海多功能浮标的横摇特性,仿真验证其在5级海况的横摇角度符合设计指标及要求。     

深海采矿钢结构塔架和底座平台的结构设计和强度分析

分析对比深海采矿试验工程装置与海洋石油钻井平台的不同之处,通过对设计载荷的计算和作业工况进行分析,设计深海采矿工程的钢结构塔架和底座平台,采用有限元分析软件ANSYS对塔架和底座平台进行建模和静力结构强度分析。计算结果表明,该塔架和底座平台设计满足深海采矿的特殊作业需求,可为后续深海采矿工程塔架和底座平台的功能设计、结构优化和总体布局优化等提供参考。     

波浪条件下载人潜水器水动力性能分析

载人潜水器因其工作环境位于海面以下,受波浪影响较小,故在设计阶段很少考虑其在波浪条件下的受力,但根据“蛟龙”号载人潜水器近年来应用情况,每次下潜作业都要在海面上漂浮0.5-1 h,期间受到的波浪载荷会对结构系统造成损伤,影响潜水器的结构安全,所以进行波浪条件下载人潜水器水动力性能分析是有必要的。本文采用计算流体力学方法（CFD）计算波浪条件下尾部稳定翼的受力,分析不同浪向角、不同进流速度、不同沉深及波浪参数下稳定翼翼片的受力,并结合潜水器尾部浮力块布置分析其损伤原因。结果表明,在海面上受到的波浪载荷是载人潜水器尾部结构系统损伤的原因之一。     

深海载人潜水器载人球备选钛合金的断裂韧性试验结果分析

为提高结构的可靠性,深海载人潜水器载人球的设计标准越来越重视材料的综合性能,因此钛合金成为广泛应用于潜水器耐压球壳的理想材料。基于断裂韧性指标的损伤容限设计原则将在未来的结构优化方案中得到体现,其中断裂韧性是重要的材料损伤容限特性之一。为研制4500m载人潜水器,文中对两种备选钛合金的多组非标试样断裂韧性试验结果进行了分析,重点考察了相同韧带尺寸下试件厚度的效应,对非标试样KQ和P_max/P_Q随着厚度的变化趋势进行了解释,为修改现行断裂韧性试验标准提供了建议。     

菱形风电运维平台结构设计与强度分析

随着海上风电场的开发逐步走向深海,对风电运维模式要求也愈发严格。本文提出以风电运维平台为中转站运维模式设计的一种菱形风电运维平台。在舷侧结构在浮式风电运维生活平台方案设计的基础上,对平台浮体提出2种结构方案,运用SESAM中Genie模块建立菱形平台有限元模型,确定边界条件和约束,施加环境载荷,对这2种结构方案在各工况下进行有限元强度分析,对比校核,最终得到结构强度满足要求且运维效率更高更安全可靠的平台结构。     

深海平台操舵机构运动精度可靠性分析

针对深海平台操舵机构运动精度不足严重威胁平台结构安全的问题,以某深海平台摆缸式操舵机构为例,将构件加工尺寸、角度等参数考虑成随机变量,建立摆缸式操舵机构运动精度可靠性分析模型,给出可靠性求解方法及算例;分析运动精度与舵叶偏角之间的关系发现,舵柄与油缸夹角与90°相差越大,舵偏角误差越大;通过计算灵敏度因子得到各因素对操舵机构运动精度失效的影响程度排序及改进建议。     

辽河海上稠油热采井口平台结构分析

本文主要针对月东3单井热采方案进行了平台结构分析工作.作用在海洋平台的载荷主要有使用载荷、环境载荷和安装载荷,使用载荷和环境载荷是海洋平台设计时所要考虑的主要载荷.本文根据辽河油田海上的实际情况,选取比较合理的计算方法进行计算.单井热采方案井口平台结构强度分析选取50年重现期的极端风暴环境条件,对结构进行了总体静力分析.分析结果表明,平台的总体强度满足规范要求.     

悬臂拓扑优化结构强度刚度特性试验研究

本文以舰船舵叶内部钢质骨架结构优化设计为背景,以弯扭复杂载荷作用下悬臂含筋结构响应特性分析为对象,基于渐进结构拓扑优化方法进行计算分析,得到不同载荷作用下拓扑优化后的结构方案。然后采用FDM技术,分别制备了典型悬臂含筋结构及优化方案试验模型,并对不同方案模型强度及刚度特性试验结果进行对比分析,结果表明:拓扑优化方案较典型结构方案质量减轻12.84%,且应力分布更均匀,位移变换更平缓,有效的提高了材料利用率。     

基于正交试验法的舵板缓冲吸能结构仿真与优化

缓冲装置是水下航行体舵板的组成部分,主要通过缓冲管的压溃变形延长复杂流场对舵板的冲击时间和载荷峰值。为分析不同缓冲结构方案的吸能效果,本文基于正交试验法对影响缓冲吸能效果的内管数、内管壁厚和材料类型等3个因子,在不同的水平下进行搭配组合并确定仿真方案。分析结果表明,选用不锈钢材料、内管壁厚5mm的三内管结构对于保护舵板效果最好。通过落锤冲击试验,研究了不同冲击载荷下缓冲管变形吸能规律,同时也对仿真分析模型进行了校验。     

基于正交试验法的舵板缓冲吸能结构仿真与优化

缓冲装置是水下航行体舵板的组成部分,主要通过缓冲管的压溃变形延长复杂流场对舵板的冲击时间和载荷峰值。为分析不同缓冲结构方案的吸能效果,本文基于正交试验法对影响缓冲吸能效果的内管数、内管壁厚和材料类型等3个因子,在不同的水平下进行搭配组合并确定仿真方案。分析结果表明,选用不锈钢材料、内管壁厚5mm的三内管结构对于保护舵板效果最好。通过落锤冲击试验,研究了不同冲击载荷下缓冲管变形吸能规律,同时也对仿真分析模型进行了校验。     

基于人因的深海载人潜水器航控界面的优化设计

深海载人潜水器的航控界面存在信息复杂、操作复杂的特征,需通过优化航控软件界面的设计流程,提升软件界面的设计质量,提高驾驶环境下人机交互的可靠性,改善潜航员的驾控体验。以某型深海载人潜水器的实际任务场景为例建立典型航行工况,阐述其航行驾控的人因需求与功能需求,对软件界面的输入端与输出端展开重要性分析,提出以功能构架、交互逻辑、视觉设计、应用开发、评估迭代为指导的系统设计方法。形成了深海载人潜水器航控软件界面方案的人因评价指标,为深海载人潜水器航控软件界面方案的设计提供优选方法,为方案后续全工况覆盖的交互界面设计提供支撑。     

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。     

美俄深海大型载人作业平台的发展

对美国和俄罗斯2个国家的深海大型载人作业平台技术的发展和应用进行梳理。回顾美国和俄罗斯深海大型载人作业平台的发展历程，分析几型现役、退役和概念型平台的主要技术特点。重点研究这类平台在研发、制造和应用方面的关键技术，总结以深海大型载人作业平台为核心的深海作业技术体系。研究结果对我国深海作业技术体系的发展具有一定的参考和借鉴意义。