深水固体浮力材料的制备及性能研究

以环氧树脂E-44为基体材料,以改性593为固化剂,填充大量空心玻璃微珠制备固体浮力材料。研究空心玻璃微珠的填充量及空心玻璃微珠的表面改性处理等对固体浮力材料的密度、力学性能的影响。结果表明,增大玻璃微珠填充量,可使固体浮力材料的密度和压缩强度降低,空泡率增大。玻璃微珠表面改性处理,可使固体浮力材料的压缩强度变大,添加缓释剂可有效减少制备过程中散热不均产生气孔的问题。     

深水固体浮力材料的制备及性能研究

以环氧树脂E-44为基体材料,以改性593为固化剂,填充大量空心玻璃微珠制备固体浮力材料.研究空心玻璃微珠的填充量及空心玻璃微珠的表面改性处理等对固体浮力材料的密度、力学性能的影响.结果表明,增大玻璃微珠填充量,可使固体浮力材料的密度和压缩强度降低,空泡率增大.玻璃微珠表面改性处理,可使固体浮力材料的压缩强度变大,添加缓释剂可有效减少制备过程中散热不均产生气孔的问题.     

全海深载人潜水器用浮力材料的有效弹性模量特性研究（英文）

为了研制性能更加优越的全海深浮力材料,文章针对由玻璃微珠和环氧树脂基体组成的复合泡沫材料建立体心立方单胞的微观力学模型,通过ANSYS有限元软件,对不同玻璃微珠体积分数和不同玻璃微珠壁厚组合的浮力材料进行了力学分析,结果表明:(1)最大应力主要集中在玻璃微珠内表面,并有明显的应力梯度;(2)当玻璃微珠体积分数相同时,随着r/R的减小,最大应力从玻璃微珠赤道位置的边界点逐渐向赤道位置扩展,随着r/R的进一步减小,应力开始向基体转移;(3)有效弹性模量曲线相交于r/R=0.962,玻璃微珠体积分数越大,随着r/R的增大,有效弹性模量减小越快;(4)t/R0.04时,随着玻璃微珠体积分数的增大,相对弹性模量呈增大的趋势;(5)获得了玻璃微珠厚度、体积分数与有效弹性模量及浮力材料比重之间的关系图,为高性能全海深浮力材料的研制提供了理论依据。     

深潜器多球交接耐压壳结构性能研究

多球交接耐压壳综合了单球壳和加筋圆柱壳2种耐压壳的优点,是一种更加安全和经济的深潜器耐压壳结构形式.本文以极限强度和浮力系数为主要指标,研究了多球交接耐压壳各几何参数对结构性能的影响,并考虑了环向加强肋设于耐压壳外部的情况.在本文中,耐压壳的极限强度利用ANSYS软件通过非线性有限元方法计算得到;同时,还利用多学科设计优化软件iSIGHT,对多球交接耐压壳的4个几何参数进行试验设计,并以其对耐压壳的极限强度和浮力系数的主效应和贡献率为标准,评价了它们对于整体结构性能的影响.     

一种填充空心玻璃微珠的粘弹性聚合物声学特性研究

采用多重散射法,通过微珠周期分布简化模型分析了填充空心玻璃微珠的粘弹性聚合物板的声衰减性能。不同空心微珠填充分数下的理论计算结果均与Baird等人的实验测试结果基本吻合,说明了文中所采用的模型和算法是有效的。采用严格的Mie散射理论,分析了单个空心玻璃微珠在聚合物中的Mie散射特性,结果表明文中分析频率远低于空心玻璃微珠的共振频率,微珠在该频段主要通过调节材料等效阻抗和耗散来提高复合材料的声衰减,与相同厚度不含空心玻璃微珠聚合物板的声衰减相比,复合材料声衰减有很大提高,且声衰减性能随微珠填充分数的增加而逐步增强。     

深潜装备材料发展关键技术研究

本文以深潜装备材料应用需求为导向,深入研究当前各国主要耐压壳体材料和固体浮力材料的应用现状及发展趋势。通过对材料的机械性能、化学成分等指标进行对比分析,提出了当前深潜材料发展遇到的系列技术瓶颈问题和相应解决方案。通过深入分析各国深潜材料的关键技术和性能指标,发现其总体趋势均向着高强度、低密度方向发展,但在尝试进一步提升材料性能指标时,却导致材料出现韧度降低、焊接性能差、吸水率增高等系列缺陷。因此,尝试研发各项性能优异的空心陶瓷和纳米复合材料等新型材料。陶瓷基复合材料和碳纳米管增强浮力材料以其优异的结构强度和抗压性能,必将大幅提升深潜装备的总体性能指标,成为深潜器的重要选材。     

轻质夹层结构复合材料的制备及性能

为减轻以往夹层结构复合材料的密度,采用高强玻璃钢材料作为表层、多种空心玻璃微珠填充聚氨酯改性环氧树脂合成的轻质吸声材料作为芯材,制备了一种新型的轻质夹层结构复合材料,对夹层复合材料的制备工艺进行设计,并研究其水声性能和力学性能。结果证明,以南京玻纤院的S2高强织物采用真空成型合成的玻璃钢作为表层材料和轻质聚氨酯改性环氧树脂材料作为芯材来制作的夹层结构复合材料具有重量轻、水声性能和力学性能优良的特点,在降低夹层结构复合材料重量的同时,具有良好的声隐身性能和承载性能,更有利于工程应用。     

藕节形大深度潜水器耐压壳体优化设计

藕节形切弧连接耐压壳体是大深度潜水器耐压壳体的一种新型结构形式.该文考虑初始缺陷和材料、几何非线性的影响,参考潜艇规范,采用外点罚函数(OPF)法的结构优化程序,研究了三藕节切弧连接耐压壳体的优化设计.在研究中,设计变量为耐压壳体的厚度半径比、球壳间距半径比、连接角,考虑强度、稳定性以及几何约束,使浮力因子最小.同时研究了设计变量在结构优化设计中的敏感性,以及设计变量对耐压壳体的浮力因子、强度和稳定性的影响.文中的研究结果可以为藕节形大深度潜水器耐压壳体的结构设计提供参考.     

深海球形耐压壳力学特性研究

研究了深海球形耐压壳计算方法。分别建立了球形耐压壳薄壳和厚壳的力学模型、浮力系数求解公式以及壳单元和体单元的数值模型。分析1~6km球形耐压壳强度、稳定性、储备浮力特性,并研究网格划分形式、单元类型、密度对数值计算结果的影响。研究结果表明,采用厚壳理论、体单元数值分析进行深海球形耐压壳设计与评估更为合理。在设计时,建议先根据内表面应力公式确定耐压壳厚度,再运用厚壳屈曲理论或数值分析校核其稳定性。     

水下滑翔机浮力系统的机理和调节性能

为掌握温差能驱动水下滑翔机浮力系统的调节性能,对浮力系统的工作机理和浮力调节部件的体积变化规律进行了动态分析.分析提供的数据和结果,为优化阀口的通流面积确定了具体方向,并保证了浮力调节系统达到设计的标准;获得的浮力调节时间长度数据为阀门闭合控制的动作设计提供了确切依据.     

静水压力下纤维缠绕复合材料壳体耐压因子的优化设计（英文）

基于遗传算法和数值分析一体式优化平台,以设计压力因子为目标函数,结构失稳和材料静强度破坏为约束条件,纤维缠绕策略和铺层方式为变量,对静水压力作用下碳/环氧、硼/环氧和玻璃/环氧等三种复合材料壳体的耐压因子进行优化设计。结果表明,复合材料耐压壳体在深海环境下能够提供充足的正浮力;对于不同的复合材料,最大设计压力受限的因素有所不同,主要受限于结构失稳或材料强度破坏;纤维缠绕策略和铺层方式对设计压力因子具有显著影响。文中最后提出变厚度设计、复合材料肋骨等增强方式,旨在解决结构失稳或材料强度破坏对最大设计压力的限制,研究成果可为复合材料耐压壳体结构设计提供参考。     

静水压力下纤维缠绕复合材料壳体耐压因子的优化设计

基于遗传算法和数值分析一体式优化平台,以设计压力因子为目标函数,结构失稳和材料静强度破坏为约束条件,纤维缠绕策略和铺层方式为变量,对静水压力作用下碳/环氧、硼/环氧和玻璃/环氧等三种复合材料壳体的耐压因子进行优化设计.结果表明,复合材料耐压壳体在深海环境下能够提供充足的正浮力;对于不同的复合材料,最大设计压力受限的因素有所不同,主要受限于结构失稳或材料强度破坏;纤维缠绕策略和铺层方式对设计压力因子具有显著影响.文中最后提出变厚度设计、复合材料肋骨等增强方式,旨在解决结构失稳或材料强度破坏对最大设计压力的限制,研究成果可为复合材料耐压壳体结构设计提供参考.     

大深度潜水器浮力构件的安装设计和实验

目前大深度潜水器浮力构件主要选用固体浮力材料制造。几十年来各研究机构针对浮力材料本身开展了大量研究,但针对浮力构件在潜水器上的安装设计研究不足。本人针对浮力材料在潜水器上的安装设计,提出工程设计准则,经过计算设计了相关安装结构,并在压力环境和海上实验验证。实验结果证明,本文提出的浮力构件安装设计准则具有一定的适用性,对深海潜水器设计工作具有一定的借鉴意义。     

不同填料对粉末涂料性能的影响

填料对粉末涂料产品的性能有很大影响。本文主要讨论了沉淀硫酸钡、云母粉、空心玻璃微珠、纳米氧化硅这四种填料,对涂层的抗冲击性、耐水煮性、耐海水浸泡性、耐自然暴晒性的影响。     

在潜器中加装浮力材料以提升水下初横稳心高的敷设位置研究北大核心CSCD

[目的]为了解决在潜器中敷设浮力材料以提升水下初横稳心高尚无定量指导依据的问题,在推导得到浮力材料敷设的临界高度计算公式的基础上,计算确定浮力材料应敷设的垂向高度,并据此进一步给出浮力材料和压载铁敷设的纵向位置建议。[方法]首先,通过推导敷设浮力材料后的全船初横稳心高函数,利用偏微分的数学方法得到浮力材料体积、重心等对稳性的影响方式;然后,通过等价代换的数学手段得到稳性变化临界情况下浮力材料重心理论高度计算式;最后,为了更好地研究和理解这一临界高度计算公式以及其他参数如排水量、敷设前稳心高等的影响,构建典型浮力材料敷设剖面的数学模型,并进行多算例对比分析研究。[结果]结果显示,所设计算例中初横稳心高最好可提升约1.8%,若进一步放开纵横垂向的限制,或将获得更优结果。[结论]所做研究可直接指导浮力材料敷设方案,所得到的一些对工程实际有重要意义、简便实用的浮力材料敷设原则,可供设计人员参考使用。     

浮力对不同截面形状通道中超临界LNG传热特性的影响

在液化天然气动力船舶中,超临界液化天然气在使用前需要进行气化。超临界LNG的气化是一个拟相变过程。本研究对超临界LNG在拟相变过程中的局部流动和传热性能进行数值研究,主要目的是揭示在不同截面形状通道内浮力对局部流动和传热性能的影响。研究发现,浮力因子的大小受截面形状影响不大。另一方面,浮力对传热性能的影响集中在类液区和拟临界区。二次流是由于浮力和密度差异的影响而产生的。流体的分布及二次流受到通道形状及浮力的影响从而影响传热性能。通常,二次流的存在提高了通道壁面和相邻流体间的传热性能。然而,由于浮力的原因,低密度、高温流体聚集在通道顶部,导致局部传热性能恶化。因为通道截面形状的不同,导致湍动能及定压比热的分布不相同,从而造成传热性能存在差异。     

大深度载人潜水器浮力块的结构设计

依据大深度载人潜水器浮力块的使用条件及主要技术性能指标,提出了浮力块的质量和质心坐标的计算方法、布置和分块原则、强度校核标准,并通过对浮力块密度测试和水压试验,测得了浮力块的主要物理性能参数。上述研究结果为浮力块的结构设计、编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范中浮力块的结构设计、以及研制同类大深度水下载人/无人潜水器(HOV,ROV,AUV)提供了依据。     

基于近似模型技术的复合材料耐压壳性能研究

基于纤维增强复合材料具有高比模量,高比强度的特点,提出内部环肋金属内衬外部缠绕复合材料的潜水器耐压壳结构形式,结合有限元方法和近似模型技术对该种结构形式的耐压壳进行研究。得到复合材料加强纤维的含量与耐压壳结构性能参数的关系以及不同铺层角对耐压壳临界失稳压力的影响,为该种形式复合材料耐压壳的设计提供设计依据。     

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。     

深水塔式立管顶部浮力筒设计分析方法

研究深水塔式立管顶部浮力筒初步设计分析的基本流程与方法,涉及的技术难点包括顶部浮力筒设计中阻力最小化与浮力最大化的优化、浮力筒舱室的数量与尺寸的确定、单/多个浮力筒舱室破坏时浮力的裕量等。总结顶部浮力筒设计参数对设计性能影响的基本规律,并给出顶部浮力筒分析校核的主要工况载荷。以西非海域深水油气田为例,对深水塔式立管顶部浮力筒进行设计分析。范例表明提出的设计分析方法行之有效。