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。     

大深度载人潜水器钛合金框架试验研究

对大深度载人潜水器来说,框架是潜水器的设备载体,不仅要保证框架在各种使用工况下其强度满足要求,而且还要保证框架具有合理的刚度,保证设备、电缆液压管路的正常使用.对框架进行试验验收是检验框架安全性最为重要的环节.由于框架是空间结构,布置的大大小小上百个设备都作用在框架上,在试验过程中对这些设备进行完全载荷模拟和框架变形的测量相当困难.在此之前,我国还没有进行过类似大深度载人潜水器钛合金框架试验.本文的主要目的是介绍和总结这次框架试验.本文所涉及的内容包括载荷的模拟方法,应力、变形的测量方法、试验中可能出现的安全问题及其解决办法,试验岗位的配置,试验的后处理任务等等.同时,本文将试验结果与理论分析进行了比较,对大深度载人潜水器框架结构的安全评估等内容进行了探讨,可供以后的类似试验作为参考依据.     

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。     

“禹龙号”大坝深水检测载人潜水器的初步应用及试验

为满足我国未来大坝深水检测与修补加固技术的发展需求,针对高坝大库深水复杂环境的特点,攻克潜水器宽视野观测、水下作业和安全等技术难点,形成具有自主知识产权的大坝深水检测成套技术装备——“禹龙号”大坝深水检测载人潜水器。为了验证“禹龙号”载人潜水器的工程应用性能,先后在汤浦混凝土面板堆石坝、新安江重力坝和雅砻江锦屏一级拱坝等3种坝型中开展初步应用试验,完成坝面巡检、坝面清理和水下渗漏示踪等作业。通过在不同坝型大坝水下检测中的初步应用,验证了“禹龙号”载人潜水器的性能和作业能力,形成了未来大坝深水检测技术的成功经验与发展需求,为装备的进一步完善与推广应用积累了经验。     

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.     

海流作用下的载人潜水器作业动力学建模与仿真研究

载人潜水器在深海复杂环境下进行作业时,常受到海流的干扰.当进行采样作业时,机械手的运动也会对潜水器主体的姿态产生干扰.为了提高载人潜水器作业水平,以某型载人潜水器为研究对象,建立了海流作用下机械手运动时的载人潜水器动力学模型,对海流作用在潜水器上的水动力进行了仿真分析,研究了海流作用下机械手作业对潜水器运动特性与姿态的...     

BLISCO方法在载人潜水器设计中的应用

结合两级集成系统综合方法(Bi-Level Integrated System Synthesis)和协同优化(Collaborative Optimization)方法的主要特点,提出了一种新的多学科设计优化方法一两级集成系统协同优化方法(Bi-Level Integrated Systern Collaborative Optimization,BLISCO).它的关键思想是将设计变量分为系统级设计变量和子系统设计变量,并在保留协同优化方法协同机制的同时,用子系统耦合输出响应的加权和代替一致性约束作为子系统优化的目标函数.通过电子封装优化设计问题验证了BLISCO的收敛性、准确性以及鲁棒性.最后,文中将BLISCO方法应用于载人潜水器的多学科设计优化,大大提升了载人潜水器的总体综合性能.     

载人潜水器舱室设备智能布局设计方法研究

载人潜水器舱室设备智能布局是一种基于知识的智能化过程,以往的载人潜水器舱室 CAD 系统通常采用交互式输入和修改,不能从全局最优化的思想支持载人潜水器舱室设计全过程。将智能技术引入系统载人潜水器舱室布局设计方法中,可以推动船舶智能设计、智能制造、智能工程的全面发展。论文在研究遗传算法的基础上,提出了基于Pareto的PGA算法进行多目标优化计算,建立载人潜水器舱室布局优化数学模型,并使用 PGA 进行求解。经设计委托方评审,获得的计算结果符合设计要求,该方法使整个项目的设计效率明显提高。     

基于BLH框架的大深度载人潜水器总体性能的多学科设计优化

建立了一个大深度载人潜水器总体性能多学科设计优化的数学模型,并提出了BLH多学科设计优化框架来对大深度载人潜水器多学科设计优化数学模型进行构建.通过拉丁方试验设计方法对设计变量与多学科优化目标的相关性进行分析,最终得到满足性能指标要求的大深度载人潜水器总体设计优化结果.     

作业型载人潜水器通信中继浮标收放绞车的设计研究

介绍了一种适用于作业型载人潜水器收放通信中继浮标的绞车的装置组成、工作原理、驱动参数计算及其液压控制系统。该收放绞车实现了自动排缆,主动放缆,张力保护,被动放缆,承重头锁紧及应急切割功能,确保了在释放回收通信中继浮标过程中载人潜水器的姿态及安全,从而保证载人潜水器在水下的作业安全性和可靠性。     

潜水器载体框架极限承载试验装置设计与验证

为解决大型潜水器框架极限承载试验实施困难的问题,本文设计一种用于潜水器载体框架极限承载试验的通用试验装置。首先基于通用性的设计理念完成了试验装置的结构和功能设计,利用有限元程序对结构在极限载荷作用下的强度和刚度进行分析和结构优化,最后通过某载体框架承载试验考核验证。结果表明：该试验装置通过了功能性和结构安全性考核,提高了加载精度和工作效率,解决了大型潜水器框架起吊承载试验实施困难的问题,填补了国内该类通用性试验装置的空白。     

载人潜水器概念设计中的总体多学科设计模型及分析

介绍了大深度载人潜器概念设计中总体多学科设计模型的建模方法和过程,并开发了总体设计集成程序(Concept Design of Deep Manned Submersible,CDMS),采用7000m载人潜器的设计数据对其进行了测试,验证该模型是可靠的,可用于载人潜器的性能分析和多学科优化设计中。此外,以7000m载人潜器为例,对潜器的重量/浮容积特性进行了分析,讨论了几个主要设计参数对潜器重量/浮容积性能的影响,获得了一些有价值的结论,可供同类型载人潜器总体设计时参考。     

深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究

对现有的潜水器耐压壳的研究主要都围绕薄壳结构,而深海载人潜水器耐压球壳,已属于厚壳的范围.国际上还没有均匀外压下厚球壳的解析解,只有美国海军泰勒水池耐压球壳设计公式及俄罗斯相应的公式可以参考.因此本文基于有限元的分析方法,对大深度载人潜水器耐压球壳极限强度进行了研究.通过对有限元参数的比较,提出了一个合理的有限元分析模型,计算结果与实验数据相符,而泰勒水池公式及俄罗斯公式的误差较大.然后计算了一系列半径厚度比下的耐压球壳的极限强度,并研究了初挠度的影响.本文认为对于深海载人潜水器耐压球壳可以直接根据有限元计算确定其极限强度,泰勒水池公式和俄罗斯公式偏于保守;耐压球壳经过精加工,初挠度对于其极限强度的影响不大.为了实用起见,本文还给出了完善耐压球壳极限强度与经典值的比值曲线,以及初挠度效应曲线.     

潜水器载人舱的不确定性测度计算方法研究

本文研究状态函数中存在概率数和证据数的混合状态下的系统不确定性分析方法问题,用于解决在产品实现过程中部分信息的认知不足。传统概率分析方法无法建立认知不确定信息模型,无法反映产品在实现过程中不确定性影响的问题。本文将证据理论不确定度分析方法融入传统JC算法,在计算随机变量迭代时开展认知变量极值计算,进而可以处理随机和认知不确定性变量同时存在时的混合不确定性问题。本文建立了4500 m载人潜水器载人舱不确定度分析模型,基于改进JC算法计算得到载人舱失效似然性测度和失效可信性测度值,同时采用实验设计法对影响载人舱不确定性测度的因素进行分析,分析表明测度影响较大的因素是真球度和极限拉伸强度,测度对真球度和厚度两个因素的单位数量变化比较敏感。     

大深度载人潜水器上的复合材料轻外壳结构设计研究

论述了大深度载人潜水器复合材料轻外壳的结构设计理念及方法、加强措施、强度分析方法和强度许用标准等关键技术,并就以下七方面进行了总结:①材料的性能;②轻外壳外形、制造安装及总布置要求;③轻外壳的使用环境、危险工况下的受力状态;④可能的结构破坏形式;⑤强度安全储备的确定;⑥局部特殊要求与加强形式;⑦联结形式。可为编制大深度载人潜水器规范和研制同类型产品提供参考。     

大深度载人潜水器圆柱形耐压壳体可靠性研究

大深度载人潜水器上的圆柱形耐压壳体包含多个失效模式,各失效模式之间存在着共同变量和参数,在可靠性分析时需考虑各失效模式的相关性。论文开展了圆柱形耐压壳体多失效模式之间相关度分析方法的研究,形成准确的可靠度评估方法,采用灵敏度方法得到各参数的均值和标准差对结构可靠性的影响程度。以圆柱形耐压壳体结构的计算机罐为例进行分析,发现采用CCS规范开展设计时,计算机罐的可靠度为99.999 86%（可靠度指标为4.689 4）,满足规范建议值的要求。采用灵敏度分析方法分析得到影响计算机罐可靠度的最主要因素为球形封头,在目前设计规范下适当增加封头厚度,同时在加工过程中控制封头加工偏差可有效降低失效概率。     

初始缺陷对不同深度载人潜水器耐压球壳极限承载力的影响

大深度载人潜水器耐压壳是保证其完成预定功能的最基本部件,研究初始几何缺陷,其中包括弹性屈曲模态缺陷、局部缺陷、整体圆度偏差和壳板厚度偏差,对不同深度载人潜水器耐压壳体承载力的影响乃是极其必要的。通过对不同深度潜水器的有限元分析,得出了不同深度耐压壳体受初始缺陷影响的曲线,可以确认缺陷范围处于临界弧长时结构的承载力最弱。     

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.     

主要潜水器规范圆柱形耐压壳体设计计算方法比较分析

针对潜水器环肋圆柱壳耐压结构,分析比较了CCS、RUS、ABS、GL各船级社潜水器规范中安全系数、强度计算方法、稳定性计算方法和允许工作压力控制要求,结合3个算例,总结了各规范的设计计算特点,分析结果可为修改完善我国潜水器设计规范提供参考.     

深水区软体排搭接检测方法的试验性研究

针对航道整治工程中深水条件对软体排搭接检测的影响,分析了目前工程上通用的GPS、潜水摄像法在实际应用中的优点和不足。通过对侧扫声纳技术开展改进试验,研究出能快速、实时、量化检测软体排搭接的新方法。为深入研究软体排搭接检测提供了重要参考和新的方向。