锥边球扇形观察窗结构的协调性分析

观察窗等开口结构作为载人潜水器设计关键技术,是载人舱设计中的难点之一.文章基于数值计算方法重点开展了锥边球扇形观察窗结构分析和协调性研究.通过对球形潜水器观察窗的理论与数值方法比较分析,验证了接触有限单元法求解观察窗结构局部强度的正确性;进而通过改变窗玻璃与窗座接触面锥角,研究锥边球扇形观察窗整体应力水平与变形的优化,以及窗玻璃与窗座凸缘之间的应力集中系数与变形系数等协调性分析.最终基于接触有限元法,结合规范设计曲线,即可方便进行锥边球扇形观察窗结构的设计优化和工程应用.     

深海耐压结构观察窗应力分析

大深度耐压开口结构的设计问题是深海探测装备研制过程中的关键技术问题之一.文章针对大深度载人潜水器的观察窗,从理论上给出了观察窗的应力计算方法,由此可从理论上对观察窗的结构进行优化设计,进而探索观察窗变形计算方法和蠕变计算公式.     

深海耐压结构观察窗蠕变变形分析

大深度耐压开口结构的设计问题是深海探测装备研制过程中的关键技术问题之一.作者曾针对深海耐压开口结构的受力变形、蠕变以及耐压壳体变形协调等问题进行了计算分析和试验研究,并给出了观察窗应力的理论计算方法.文中进一步从理论上给出观察窗变形分析的计算方法和观察窗蠕变变形的计算公式.由此可对深海耐压开口壳体接触界面变形协调与水密技术进行理论方面的探索研究,为形成深海耐压开口结构优化设计的理论计算方法及相关技术标准的制定提供理论方面的支撑.     

深海载人潜水器耐压球壳的接触有限元分析

深海载人潜水器在海洋资源勘察和深海科学研究如热液喷口研究、地球物理和地球化学等方面发挥越来越重要的作用.在载人潜水器的研制过程中,载人耐压球壳的安全性最受关注.基于对载人耐压球壳特点的分析,作者认为在出入舱口和三个观察窗部分严格来说是接触问题,应该采用接触有限元分析的方法而不是通过假定没有滑动采用传统的有限元分析.本文对接触问题的基本理论以及数值技术如搜索策略、最终的方程和算法等进行了介绍.然后采用有限元方法对一个深海载人耐压球壳的接触问题进行了分析.基于应力应变的分析结果,对摩擦系数对接触区应力分布的影响也进行了研究.分析发现在出入舱口和三个观察窗部分应力是协调的.通过对观察窗附近两种不同材料的变形协调分析也验证了观察窗设计的合理性.     

深海耐压结构观察窗应力分析

大深度耐压开口结构的设计问题是深海探测装备研制过程中的关键技术问题之一。文章针对大深度载人潜水器的观察窗,从理论上给出了观察窗的应力计算方法,由此可从理论上对观察窗的结构进行优化设计,进而探索观察窗变形计算方法和蠕变计算公式。     

基于压缩蠕变试验的观察窗蠕变特性研究

有机玻璃是深海耐压结构观察窗的常用材料,作为高分子材料,其在室温高压环境下的蠕变变形不容忽视.本文针对国产YB-3有机玻璃开展室温环境中的单轴压缩蠕变试验,探究材料在室温高压环境下的蠕变特性.引入温度函数对陈化理论进行修正,采用最小二乘法拟合得到材料的蠕变本构关系并与有限元分析结果进行对比验证.最后基于有机玻璃室温压缩蠕变本构关系,运用有限元方法探究不同形式观察窗的蠕变特性,可为观察窗的工程设计提供参考.     

大尺寸球冠形观察窗的结构强度研究

针对载人潜水器球冠形观察窗的研制需求,对采用平板有机玻璃制作的球冠形观察窗全尺寸样机在压力筒内进行强度试验,并实时监控应变;采用接触有限元数值方法分析了不同压力下球冠形观察窗的经向和纬向应变,并与试验结果进行对比分析;基于应变分析结果,研究接触面摩擦系数和锥面下边缘倒角对球冠形观察窗位移和最大等效应力的影响。结果显示,减小接触面摩擦系数以及锥面下缘无倒角可有效减小观察窗的最大等效应力。本研究可为采用平板有机玻璃制作的球冠形观察窗的结构设计和安装提供参考。     

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.     

基于蠕变特性的耐压球壳多目标优化

本文针对载人潜器耐压球壳,在考虑了观察窗蠕变效应的基础上,设计了参数化计算流程,进行了设计变量的灵敏度分析,采用径向基神经网络建立了近似模型。进一步以临界应力、临界压力为约束,以球壳质量、主侧观察窗蠕变位移为目标,建立了多目标优化模型,采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行了求解。结果表明:在耐压壳体质量增加幅度不大的情况下,观察窗蠕变变形优化效果明显,大大提高了载人潜水器的安全性,为载人潜水器耐压球壳设计提供了参考。     

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4 500 m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。     

基于Isight球形深潜器耐压观察窗座结构优化设计

观察窗座设计是深海载人潜器耐压结构设计中的重要部分。论文针对潜深1500m的球形耐压结构观察窗座设计进行了研究。选择了了适宜的观察窗形式,采用接触有限元方法进行数值模拟计算。以位移和最大应力值为优化目标,采用非支配排序遗传算法,对观察窗座内侧结构进行了多目标优化设计并给出了优化结果。     

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。     

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.     

一种虚拟现实的深潜器运动仿真系统

本文提出了一种基于虚拟现实的深潜器运动仿真设计思想。文中简述了该仿真系统的硬件组成和软件体系结构、实时仿真算法以及仿真数学模型,同时也介绍了仿真系统的其它模块,如三维航迹显示模块和避碰检测模块等。文中最后给出了该系统的一些仿真结果和结论。     

载人潜器人因工程研究

对载人潜器人因工程的研究现状、研究范畴、技术手段和发展趋势进行梳理和总结,旨在为指导载人潜器设计总体集成优化、提高潜器综合效能、节省全寿命周期费用及缩减潜器人员编制提供参考。     

大深度载人潜水器浮力块的加工和安装

介绍了满足大深度载人潜水器要求的浮力块的使用条件和技术要求;根据各类浮力块的组成和工艺性能,提出了浮力块的粘接、机加工和表面处理、以及安装工艺。由于潜水器的载体框架是由钛合金焊接而成,而浮力块是由浮力材料毛坯粘接并经过数控机床加工而成,这样在载体框架和浮力块中由于加工方法的不同,造成了加工精度的不相称,从而导致浮力块安装时二者之间不匹配的矛盾。通过对载体框架和浮力块装配尺寸链的分析和计算,采用极值互换法,成功地解决了浮力块在载体框架上的安装难题,满足了潜水器的安装技术要求。所获得的经验和工艺参数将为深海水下机器人浮力块加工和安装提供依据,为编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范提供参考。     

载人潜水器在母船上系固时的受力计算及分析

载人潜水器在母船上系固时的安全性是7 000 m载人潜水器母船设计的关键技术之一,准确预报载人潜水器在母船上系固时受到的作用力,对于潜水器系固装置的设计及系固安全性评估至关重要。根据耐波性理论,针对潜水器搭载母船的实际线型和航行海域情况,提出了基于搭载母船耐波性预报的潜水器系固时受力的简便计算方法,该方法可以计算不同海况时的受力情况,能适应潜水器不同存放或维修工况下系固设计的需要,具有较好的工程适用价值。     

载人潜水器概念设计中的系统集成模型(英文)

在载人潜水器的概念设计阶段,开展系统参数化分析来研究设计变量变化对潜水器性能影响以及多学科优化设计方法在潜水器上的应用是十分有价值的.然而,对于系统参数化分析和多学科设计优化应用所需要的潜水器数学模型,这方面的研究却比较少.为了解决这一问题,该文以某载人潜水器为对象,示范如何建立一个包含有六个模块的载人潜水器系统集成模型,它们分别是艇型模块、阻力模块、能源模块、结构模块、重量模块和稳定性模块.通过设计结构矩阵的应用,发现载人潜水器的概念设计是一个顺序执行的过程,并且属于弱耦合设计问题.     

钛合金材料蠕变特性的理论与试验研究

钛合金是深海工程装备的重要材料,在深海环境下会产生不同程度的蠕变变形。该文针对双态组织和网篮组织TC4 ELI钛合金材料,在宏观和微观两个方面开展钛合金蠕变试验研究。开展多组应力水平下的钛合金压缩蠕变试验,绘制蠕变曲线,对传统的Norton方程进行修正,基于最小二乘法拟合饱和蠕变临界应力值和蠕变应力指数,给出初始蠕变阶段和稳态阶段的蠕变本构关系。同时,基于OM(光学显微镜)、XRD(X射线衍射)、TEM(透射电镜)和SEM(扫描电镜)观察,给出TC4 ELI钛合金材料的压缩蠕变微观机理。