1.深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究

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全海深载人潜水器超高强度钢制载人球壳的极限强度分析与模型试验

全海深载人潜水器超高强度钢制载人球壳的极限强度分析与模型试验YU Shuang;HU Yong;WANG Fang;YANG Qing-song;CUI Wei-cheng【摘要】载人耐压舱是保证载人潜水器安全性的最核心部件,文章主要针对上海海洋大学正在研制的万米载人潜水器开展载人球壳的极限强度理论分析和模型试验研究.该载人耐压球壳采用超高强度马氏体镍钢.有限元分析包括静应力分析和屈曲分析,获得了耐压球壳的极限强度和失效模式;在此基础上,设计了模型球进行了极限破坏试验.通过有限元分析结果和试验结果对比,获得了球壳极限破坏压力失效模式和加载过程中球壳表面应变的变化历程.试验结果和有限元结果基本一致,验证了设计方法对马氏体镍钢球壳的适用性.该研究为后续全海深耐压球壳的设计提供了可靠的试验和理论基础.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2019(023)001【总页数】7页(P51-57)【关键词】马氏体镍钢;耐压球壳模型;有限元分析;试验验证【作者】YU Shuang;HU Yong;WANG Fang;YANG Qing-song;CUI Wei-cheng【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】U661.43;U674.940 引言近几年，国际上已在全海深载人潜水器技术上展开激烈的竞争，若我国能在作业型载人潜水器研制中抢得先机，不仅有利于巩固我国在海洋技术上的领先地位，还有助于推动我国在深海科学技术上的发展。

全海深作业型载人潜水器作为当今世界上最为先进的海洋装备的一部分，能够搭载科学家深入大洋深处，直观地进行科学考察与研究工作，在研究海洋地质、资源调查、研究深海生物、海洋化学等方面拥有着不可替代的作用[1]。

载人舱耐压球壳是全海深载人潜水器的关键部件之一，在承受交互变化的静水压力以及深海未知环境的情况下，需保证舱内人员安全以及设备的正常运行。

因此，耐压球壳需要有足够的强度，但同时应尽量减小重量，以免影响潜水器的总体性能和重量指标[2]，各大船级社潜水器和潜水系统规范中对潜水器耐压壳体的设计和制造方法都进行了描述[3-8]。

大深度载人潜水器圆柱形耐压壳体可靠性研究

大深度载人潜水器圆柱形耐压壳体可靠性研究潜水器是一种重要的深海探测设备，它能够帮助我们深入了解海洋的神秘世界。

而在潜水器中，圆柱形耐压壳体作为其中的关键部件，其可靠性研究尤为重要。

本文将就大深度载人潜水器圆柱形耐压壳体的可靠性进行探讨。

一、圆柱形耐压壳体的设计与制造大深度载人潜水器的圆柱形耐压壳体是由高强度合金材料制成的。

在设计过程中，需要考虑到耐压性能与结构强度之间的平衡。

首先，根据潜水器的使用深度确定设计参数，包括内外径、壁厚等。

其次，采用有限元分析等方法模拟载荷作用下的应力分布情况，确保圆柱形壳体能够承受来自水压的巨大压力。

最后，通过精密制造工艺，确保圆柱形壳体的尺寸和形状满足设计要求。

二、圆柱形耐压壳体的可靠性分析为了评估圆柱形耐压壳体的可靠性，首先需要确定其可靠性指标。

一般而言，可靠性指标包括失效概率、失效率、寿命分布等。

针对大深度载人潜水器圆柱形耐压壳体，我们可以采用失效概率作为可靠性指标，即圆柱形壳体在使用寿命内发生失效的概率。

在可靠性分析中，我们需要考虑不确定性因素对圆柱形壳体可靠性的影响。

这些不确定性因素包括材料性能的变异性、载荷的不确定性等。

通过建立数学模型，结合统计方法，可以对这些不确定因素进行描述和分析，并计算圆柱形壳体的可靠性。

三、圆柱形耐压壳体的可靠性改进在实际运行过程中，如果圆柱形耐压壳体的可靠性存在问题，我们可以采取一些措施进行改进。

首先，可以通过优化设计参数来提高圆柱形壳体的结构强度，以增加其承载能力。

其次，可以改进制造工艺，提高圆柱形壳体的表面光洁度和尺寸精度，以减少制造缺陷。

此外，我们还可以采用智能监测技术对圆柱形壳体的可靠性进行实时监测。

通过安装传感器，可以实时获取圆柱形壳体的应力、位移等信息，以便及时预警和处理潜在的问题。

四、总结本文围绕大深度载人潜水器圆柱形耐压壳体的可靠性展开了论述。

通过对圆柱形壳体的设计与制造、可靠性分析以及可靠性改进的研究，我们可以提高潜水器在深海环境中的安全性和可靠性。

深海潜水器耐压结构关键技术及应用

深海潜水器耐压结构关键技术及应用深海潜水器是一种能够在极端高压环境下进行科学探测和资源开发的工具。

由于深海水压随着水深的增加而迅速增大，深海潜水器的耐压结构设计成为其关键技术之一。

本文将对深海潜水器耐压结构的关键技术及应用进行探讨。

一、耐压结构的重要性深海水下的压力巨大，水深每增加10米，压力增加约1个大气压。

因此，在深海潜水器设计中，耐压结构的设计非常重要。

合理的耐压结构可以保证潜水器在高压环境下能够正常工作，确保潜水器和搭载的设备的安全。

二、耐压结构的关键技术1.材料选择：深海潜水器的耐压结构需要使用能够承受高压的特殊材料。

一般采用高强度、高硬度、耐腐蚀的材料，如钛合金、高强度钢等。

这些材料具有良好的耐压性能和抗腐蚀性能，能够在深海环境中长时间稳定运行。

2.结构设计：深海潜水器的耐压结构设计需要考虑多方面的因素，如结构强度、稳定性、密封性等。

在结构强度设计中，需要考虑不同部位的受力情况，合理布置支撑结构和加强筋，以增加整体强度。

在密封性设计中，需要采用可靠的密封材料和密封方式，确保潜水器内部的设备和人员不受深海高压的侵害。

3.连接方式：深海潜水器的耐压结构需要采用可靠的连接方式，以确保结构的完整性和密封性。

常见的连接方式有焊接、螺纹连接、法兰连接等。

这些连接方式需要经过严格的测试和验证，确保其在高压环境下的可靠性。

4.降压装置：深海潜水器在从深海返回海面时，需要通过降压装置逐渐减小压力差，以保护潜水器和搭载设备的安全。

降压装置一般采用可控的阀门或泵，通过控制流体的流动速度来实现压力的缓慢降低。

三、耐压结构的应用深海潜水器的耐压结构广泛应用于深海科学研究、资源勘探和海底工程等领域。

深海科学研究中，潜水器可以搭载各种科学仪器，对深海生物、地质和环境等进行观测和采样。

资源勘探中，潜水器可以用于油气田勘探和矿产资源勘查。

海底工程中，潜水器可以用于海底管道的铺设和维护、海底电缆的敷设等。

深海潜水器的耐压结构关键技术及应用是深海科学研究和资源开发的重要基础。

中考科学高频考点剖析专题十五金属的相关问题解析版

专题十五金属的相关问题a级目标：识别金属与非金属；例举金属和非金属的主要性质差异；例举金属腐蚀条件；防止金属腐蚀的常用方法；有机物的辨认。

b级目标：概述金属与酸、金属与盐反应的条件；比较金属的活动性顺序；用金属活动性顺序说明某些现象。

目标分解：①金属与非金属②金属活动性顺序考察③有机物考点一：金属与非金属1.2020年11月10日，我国全海深载人潜水器“奋斗者”号在马里亚纳海沟深度10909米处成功坐底，并进行一系列的深海探测科考活动。

如图是研究团队研发的钛合金深海潜水器球舱。

以下说法不正确的是（）A. 合金的熔点一般比其纯金属低B. 合金的硬度一般比其纯金属大C. 合金的抗腐蚀性一般比其纯金属强D. 所用的主要材料有钛合金，合金至少含两种金属元素【答案】D【解答】A、合金的熔点一般比纯金属的低，不符合题意；B、合金的硬度一般比纯金属的大，不符合题意；C、合金的性能比纯金属的强，抗腐蚀性一般比其纯金属强，不符合题意；D、合金至少含有一种金属，符合题意；【解析】根据合金的定义及特点分析。

2.下列有关合金的叙述，其中正确的是（）①合金中至少含两种金属②合金中的元素以化合物的形式存在③合金中一定含有金属④合金一定是混合物⑤合金的熔点一般低于它的成分金属⑥生铁可完全溶解在稀盐酸．A. ①③⑤B. ②④⑤C. ③④⑥D. ③④⑤【答案】D【解答】解：①由合金的概念可知，合金中至少含有一种金属，故错误；②合金中的金属元素以单质形式存在为主，故错误；③合金中一定含有金属，故正确；④合金一定是混合物，故正确；⑤合金的熔点一般低于它的成分金属故正确；⑥生铁是铁的合金，生铁中含有碳，铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，而碳和盐酸不反应，所以不能完全溶解，故错误．【解析】合金是指由一种金属与其它金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质．3.钛和钛合金被认为是21世纪的重要材料，它们具有很多优良的性能。

如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、钛合金与人体有很好的“相容性”等。

全海深潜水器耐压壳体设计计算规则

全海深潜水器耐压壳体设计计算规则【摘要】全海深潜水器耐压壳体设计计算规则是确保潜水器在极端深海环境下安全运行的关键。

本文首先介绍了确定潜水器设计压力的重要性，然后探讨了耐压壳体材料选择、结构设计和强度计算等方面的内容。

对耐压壳体的密封性能评估也进行了详细讨论。

在强调了全海深潜水器耐压壳体设计的重要性，提出了未来发展方向，并对全文进行了总结。

通过本文的阐述，读者可对全海深潜水器耐压壳体设计有更深入的了解，为相关领域的研究和实践提供了有益的参考和指导。

【关键词】全海深潜水器、耐压壳体、设计、计算规则、设计压力、材料选择、结构设计、强度计算、密封性能评估、重要性、未来发展方向、总结1. 引言1.1 全海深潜水器耐压壳体设计计算规则开发全海深潜水器的耐压壳体设计计算规则是非常重要的，因为这是确保潜水器在极端深海环境下安全运行的关键之一。

在设计耐压壳体时，需要考虑到多种因素，包括设计压力的确定、耐压壳体材料选择、结构设计、强度计算以及密封性能评估。

在确定潜水器设计压力时，需要考虑到深海的水压对潜水器的影响，确保耐压壳体能够承受这种极端压力。

随后，在选择耐压壳体材料时，需要考虑到材料的强度、耐腐蚀性能以及轻量化的要求。

结构设计方面，需要考虑到耐压壳体的形状、连接方式以及各个部件之间的关系。

强度计算是设计过程中的关键环节，需要确保耐压壳体在极端条件下不会出现失效。

在评估耐压壳体的密封性能时，需要考虑到潜水器在深海中的环境和运行条件，确保潜水器内部的安全和稳定。

全海深潜水器的耐压壳体设计计算规则的完善和严谨性对于潜水器的安全性和可靠性至关重要。

未来的发展方向应该是进一步提高设计计算规则的准确性和可靠性，以应对不断变化的深海环境挑战。

全海深潜水器的耐压壳体设计计算规则的重要性不言而喻，只有严格按照规则进行设计，才能确保潜水器在深海环境下的安全运行。

2. 正文2.1 潜水器设计压力的确定潜水器设计压力的确定是全海深潜水器耐压壳体设计的关键步骤之一。

钛合金深潜器耐压球壳极限强度的切线模量因子算法

钛合金深潜器耐压球壳极限强度的切线模量因子算法
熊志鑫;佟福山
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2010(031)002
【摘要】耐压壳的承载能力是设计深海载人潜水器的重要技术之一.通过引入强度稳定综合理论的切线模量因子方法,在材料本构关系的基础上,拟合出反映结构平衡关系的切线模量因子曲线, 并用一个解析化的四参数函数表示.将该解析表达式运用在大深度钛合金承压球壳极限承载力的计算上,并将得出的计算值与泰勒水池公式法、有限元法计算值进行比较.结果表明,切线模量因子方法简便而有效,能达到工程的使用要求,可以在球壳的初步设计和实验数据的整理分析时使用.
【总页数】5页(P177-181)
【作者】熊志鑫;佟福山
【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】U661.43
【相关文献】
1.焊接残余应力对深潜器耐压球壳承载能力的影响 [J], 徐磊;黄小平;王芳
2.载人深潜器钛合金耐压球壳极限强度可靠性分析 [J], 石佳睿;唐文勇
3.赤道焊缝残余应力影响的耐压球壳极限强度分析 [J], 包华宁;李良碧;孙凯祥;万
正权;李艳青
4.钛合金耐压球壳极限强度数值估算方法 [J], 张喜秋;于昊;于昌利;杨硕
5.深潜器耐压壳极限强度的模量算法 [J], 熊志鑫;罗培林
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高深度潜水装备的材料选用与结构强度研究

高深度潜水装备的材料选用与结构强度研究摘要：本研究针对高深度潜水装备的材料选用和结构强度进行了全面分析。

主论点集中在如何通过材料科学和结构工程相结合的方法，提高潜水装备在极端条件下的性能和可靠性。

研究首先通过模拟和实验，比较了各种高性能材料（如碳纤维、钛合金等）在高压、低温条件下的物理和力学性能。

接着，我们运用有限元分析和其他计算方法，研究了结构设计对装备整体性能的影响。

最终，研究结果显示，通过优化材料和结构设计，可以显著提高高深度潜水装备的安全性和耐用性。

关键词：高深度潜水装备，材料科学，结构强度，有限元分析，物理模拟引言：高深度潜水不仅是科学研究和工程挑战的前沿领域，也对潜水装备提出了严苛的要求。

在极端的深海环境中，装备必须能够抵抗巨大的压力、低温和其他不利条件。

因此，本研究旨在解决这一迫切问题，即如何通过合理的材料选用和结构设计，确保高深度潜水装备的可靠性和安全性。

通过模拟实验和计算分析，我们得出了一系列有益的结论和建议。

这不仅为高深度潜水装备的未来研发提供了有价值的参考，也具有广泛的工程应用潜力。

一、高性能材料在高深度潜水中的应用及挑战高深度潜水是一项充满挑战性的活动，对潜水员和潜水装备提出了严格的要求。

在这个极端环境中，高性能材料发挥着关键作用，以确保潜水员的安全和任务的成功。

本文将详细介绍高性能材料在高深度潜水中的应用，并探讨在这个特殊环境下面临的挑战。

1.高性能材料在高深度潜水中的应用：1.1. 潜水服和材料：在高深度潜水中，潜水服是潜水员的第一道防线。

传统的潜水服材料如氯丁橡胶和涤纶在高压力下容易受到损伤，因此现代潜水服采用高性能材料，如聚四氟乙烯（PTFE）和聚乙烯（PE）。

1.2. 潜水装备密封件：装备密封件的质量对高深度潜水至关重要。

硅胶密封圈和氟橡胶密封圈是常见的选择，它们能够抵御高压力和腐蚀，保持装备的密封性，防止水进入并损坏关键组件。

1.3. 气瓶和材料：潜水员依赖气瓶供应氧气或混合气体。

载人潜水器耐压球壳的多目标优化设计

载人潜水器耐压球壳的多目标优化设计
操安喜;刘蔚;崔维成
【期刊名称】《中国造船》
【年(卷),期】2007(048)003
【摘要】采用基于响应面(RSM)近似模型和遗传算法(GA)对某深海载人潜水器耐压球壳进行多目标优化设计.首先建立深海载人潜水器耐压球壳的结构优化模型,通过试验设计(DOE)获得设计目标的响应特性,拟合得到响应面近似模型,最后采用Pareto遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到潜水器耐压球壳的优化设计方案.
【总页数】8页(P107-114)
【作者】操安喜;刘蔚;崔维成
【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海,200030;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海,200030;中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082【正文语种】中文
【中图分类】U674.941
【相关文献】
1.深海载人潜水器耐压球壳设计特性分析 [J], 刘涛
2.大深度载人潜水器载人耐压球壳的疲劳载荷谱分析 [J], 李向阳;刘涛;黄小平;崔维成
3.轻载作业型载人潜水器耐压球壳设计 [J], 刘峰;陈威;高良田;李子凡;
4.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 [J], 王自力;王仁华;
俞铭华;李良碧
5.轻载作业型载人潜水器耐压球壳设计 [J], 刘峰;陈威;高良田;李子凡
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载人潜水器耐压壳结构临界失稳压力研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：，Ｉ１１ｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｐｈｅｉｒｃａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｈｕｌｌｏｆｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｂｙｒｃａ－ｌｅｎｇｔｈｍｅｔｈｏｄ
元分析确定了该缺陷项。并对耐压壳进行了优化设
曲压力的简易计算方法和公式并进行了验证：ＷＡＬＴＥＲＷ和ＵＲＳＵＬＡＡ利用数值计算方法研究了初始缺陷、材料与几何非线性与边界条件对球壳
ｃｏｍｐａｉｒｓｏｎｏｆｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙＣＣＳａｎｄＧＬｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｉｔａｌｓｏａｎｌｙａｚｅｓｉｔｓｃｉｒｔｉｃａｌｂｕｃｋｌｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｓｐｈｅｒｉｃｌａｈｕｌｌｗｉｔｈｍｕｌｔｉ－ｈｏｌｅｓｈｙａｒｅ－ｌｅｎｓｔｈｍｅｔｈｏｄ．ｗｈｉｃｈｅｕｓｕｒｅｓｔｈａｔｐｅｒｓｏｎｎｅｌｗｏｒｋｓｎｏｒｍａｌｌｙａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌＵｌｌＳｏｒｄｅｒｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ；ｓｐｈｅｉｒｃａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｈｕｌｌ；ａｒｃ－ｌｅｎｔｈｇｍｅｔｈｏｄ；ｃｉｔｒｉｃａｌｂｕｃｋｌｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ

全海深载人潜水器厚观察窗结构的强度研究

全海深载人潜水器厚观察窗结构的强度研究全海深载人潜水器是一种用于深海科学研究和资源勘探的重要设备，它能够携带人员下潜至数千米的深海区域进行观察和取样。

潜水器的厚观察窗是潜水器上最重要的组件之一，它承担着保护潜水员和设备安全的重要任务。

由于深海环境的极端条件，如高压、低温、海水腐蚀等，对潜水器厚观察窗的强度要求极高。

因此，对全海深载人潜水器厚观察窗结构的强度进行研究和分析，对保障潜水器和潜水员的安全具有重要意义。

1.背景介绍全海深载人潜水器是一种能够携带人员下潜至深海数千米的设备，其主要由潜水器本体、载人舱、观察窗等部件组成。

观察窗是潜水器上的最重要组件之一，用于让潜水员观察海底及周围环境。

考虑到深海环境的特殊性，观察窗需要具有良好的强度和耐腐蚀性能，以保障潜水员和设备的安全。

2.厚观察窗的结构和材料厚观察窗通常采用高强度的合金材料，如钛合金、铝合金等制成，具有良好的强度和抗腐蚀性能。

其结构设计主要包括观察窗的形状、尺寸、厚度等参数，以及与潜水器连接的方式等。

这些设计参数将直接影响到观察窗的强度和安全性。

3.强度分析方法对厚观察窗的强度进行研究可以采用有限元分析方法。

有限元分析是一种数值模拟方法，通过将结构分割成多个小单元，建立数学模型，计算出结构在各种载荷情况下的应力、位移等参数，从而判断结构的强度和稳定性。

通过有限元分析，可以对观察窗的受力情况进行详细的模拟和分析，确定其在不同条件下的强度和安全性。

4.结构强度研究在深海载人潜水器的设计中，需要考虑到观察窗在水压、温度等极端条件下的受力情况。

利用有限元分析方法，可以对观察窗在不同深度和压力下的受力情况进行模拟，进而确定其强度和安全性。

通过对不同材料、厚度、结构参数等因素的变化进行分析，可以找到最优的观察窗设计方案，提高潜水器的安全性和稳定性。

总之，全海深载人潜水器厚观察窗结构的强度研究对于保障潜水器和潜水员的安全至关重要。

通过采用有限元分析方法，可以对观察窗的强度进行详细的研究和分析，为潜水器的设计和制造提供科学依据。

深海复合材料耐压壳体研制

第3期纤维复合材料N〇.3 64 2020年8 月FIBER COMPOSITES Aug.,2020深海复合材料耐压壳体研制李军，刘甲秋，陈浩然，王秋野，于柏峰(哈尔滨玻璃钢研究院有限公司，哈尔滨150028 )摘要碳纤维增强树脂复合材料因其可设计性、高比强度和高比模量等优点，已经成功应用于水下潜水器的耐压外壳，特别是在深海领域优点更为突出。

耐压舱壳体为深海潜水器的重要组成部分，复合材料耐压舱壳体的轻量化可设计性的优点使耐压壳体能提供正浮力，降低重量体积比，这些优点使复合材料耐压壳体逐渐取代金属耐压舱壳体。

采用有限元分析方法对整个耐压舱壳体进行强度及稳定性研究。

由于金属端盖与复合材料耐压舱之间存在几何不连续，在连接区域存在应力集中，通过对端盖形式及结构铺层优化使应力集中得以缓解，提高了整个复合材料耐压壳体的承载能力。

使用缠绕工艺制成复合材料耐压舱筒段，并与优化后的钛合金球型端盖胶接，制成两种壁厚的耐压壳体并进行外压试验验证。

总结复合材料耐压壳体的设计方法，希望对未来的复合材料耐压壳体设计研究提供支撑。

关键词复合材料；耐压舱；深海潜水器；缠绕成型Research and Manufacturing of Deep-sea Composite Pressure ShellLI Jun,LIU Jiaqiu,CHEN Haoran,WANG Qiuye,YU Baifeng(Harbin FRP Institute Co., Ltd., Harbin 150028 )ABSTRACT Carbon fiber reinforced resin composites have been successfully applied to pressure shell of underwater submersible because of their designability, high specific strength and specific modulus. Especially in the deep sea field, the advantages of pressure shell are more prominent as an important part of the deep sea submersible. The lightweight and designability of the compositepressure shell enables to provide positive buoyancy and reduces the weight to volume ratio,which makes the composite pressure shell gradually replace the metal pressure shell. The strength and stability of the whole pressure shell were studied by finite element analysis. In the connection area between the metal end caps and the composite pressure cabin, there is geometric discontinuity and stress concentration. The stress concentration can be alleviated by optimizing the end cap form and structure layer, and the bearing capacity of the whole composite pressure shell is improved. Two kinds of pressure shell with different wall thickness were made by winding process, which was bonded with the optimized ball end cap made of titanium alloy. The design method of composite pressure shell was summarized to provide support for the future composite pressure shell i n the paper.KEYWORDS composites; pressure cabin; deep-sea submersible; filament winding process1引言深海无人潜水器系统中，耐压密封舱的材料选择与设计制造是关系到潜水器体积、重量等性能指标甚至成败的重要因素。

深海载人潜水器载体框架结构设计与强度分析

温、耐腐蚀（面易产生致密的钝态氧化膜）良好的低温韧性等特性［，广泛应用于深海载人潜水表及１已］器。所以，以认为钛合金材料是加工制造载体框架的理想材料。可钛合金中的ＩＴ３相当于Ｔ７）近ａ型中强合金，焊接性能、Ｉ一Ｂ（ｉ５为其塑性和韧性均比高强钛合金
Ｊｎ０７ｕｅ２０
文章编号：００４８（０７０ — ０１０１０ —８２２０）２０５ —９
深海载人潜水器载体架结构设计与强度分析框
黄建城，胡勇，冷建兴
（国船舶科学研究中心，苏无锡２４８）中江１０２
结果，为今后研制同类型产品提供参考。
关键词：船舶、舰船工程；深海载人潜水器；载体框架；结构设计；强度分析中图分类号：６．；６．Ｕ６１４Ｕ６２２文献标识码：Ａ
１引言
随着各国经济的飞速发展和世界人口的不断增加，人类消耗的自然资源越来越多，陆地上的资源正在日益减少。为了生存和发展，人们开始向海洋进军。占地球表面积４，深可达１０ｍ左右的国９最１００际深海和洋底区域蕴藏着丰富的战略金属、能源和生物资源。２近０年来，国、美日本、国和俄罗斯已发法
ＴＣ（＋８型）良。因此，用其为载体框架的制造材料最为合适，４ａ优选其化学成分和力学性能列于表２和

碳纤维耐压舱在深海潜水器中的应用研究

碳纤维耐压舱在深海潜水器中的应用研究
高维瑾;郭宇琦;纪丹阳;车士俊
【期刊名称】《纤维复合材料》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】在国家大举发展大潜深、高承载潜水器的背景下,为了解决深海潜水器对耐压结构关键部件轻量化、高强度、高疲劳强度的需求,本文通过对碳纤维复合材料进行优化选材,使得结构设计满足设计要求。

采用ANSYS建立有限元模型,对耐压舱进行结构设计及强度、稳定性计算。

并通过静压试验舱装置对耐压舱开展静水压力试验,验证其结构稳定性。

在90 MPa外压作用下,耐压舱复合材料筒各应力分量最大值小于T700级碳纤维/环氧树脂材料设计值,端盖端环Mises应力小于TC4钛合金材料抗拉强度,耐压舱整体一阶屈曲系数1.81,均满足设计要求。

研制碳纤维复合材料耐压结构,并通过静压试验舱装置对碳纤维耐压舱进行外压试验,在76.5 MPa压力环境下,耐压舱具有深海耐压生存能力。

本文研制的碳纤维耐压舱满足深海使用技术要求,为深海潜水器重要组成部件提供了一种有效的解决途径。

【总页数】6页(P65-70)
【作者】高维瑾;郭宇琦;纪丹阳;车士俊
【作者单位】哈尔滨玻璃钢研究院有限公司;哈尔滨工业大学建筑设计研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ3
【相关文献】
1.深海载人潜水器耐压球壳设计特性分析
2.深海载人潜水器有开孔耐压球壳的极限强度
3.深海载人潜水器耐压球壳的非线性有限元分析
4.深海无人遥控潜水器耐压电子舱结构设计与分析
5.深海载人潜水器球形耐压壳上多裂纹的相互作用及其影响
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1.深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究

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深海探测潜水器技术创新考核试卷

标准答案
一、单项选择题
1. C
2. B
3. A
4. D
5. D
6. C
7. A
8. A
9. C
10. A
11. C
12. B
13. D
14. C
15. C
16. A
17. C
18. D
19. A
20. C
二、多选题
1. ABC
2. ABC
3. ABC
4. ABC
5. ABC
6. ABC
7. ABC
8. ABC
A.水质数据
B.地形数据
C.生物数据
D.气象数据
18.以下哪些因素会影响深海潜水器的下潜深度？（）
A.耐压壳的强度
B.动力系统的性能
C.潜水器的总重量
D.海水的密度
19.深海潜水器在进行深海科学研究时，可能使用的工具和设备有哪些？（）
A.取样器
B.视频监控系统
C.化学分析仪器
D.物理测量设备
20.以下哪些技术可用于深海潜水器的自动控制？（）
B.水喷射推进
C.针轮推进
D.风力推进
3.深海潜水器在下潜过程中可能遇到的困难包括哪些？（）
A.水压增大
B.温度降低
C.能见度下降
D.信号干扰
4.以下哪些设备常用于深海潜水器的探测和监测？（）
A.声纳
B.摄像头
C.温度传感器
D.化学分析仪器
5.深海潜水器在紧急情况下的自救措施可能包括哪些？（）
A.紧急释放压载物
3.动力系统选择需考虑能量效率、续航能力和环境影响。电池系统便携但续航有限；核能系统续航长但环境影响大；可再生能源系统环保但效率较低。

深海潜水器的设计与技术挑战

深海潜水器的设计与技术挑战在人类探索海洋的征程中，深海潜水器扮演着至关重要的角色。

它们就像勇敢的探险家，不断深入那神秘而未知的深海世界。

然而，要设计出能够在极端深海环境中安全、高效运行的潜水器，绝非易事，面临着诸多复杂的技术挑战。

深海环境极其恶劣，巨大的水压就是首先要面对的难题。

每下潜 10 米，水压就会增加约 1 个大气压。

在数千米甚至上万米的深海，水压能达到几百甚至上千个大气压。

这就要求潜水器的外壳必须具备极高的强度和抗压能力。

通常，会采用高强度的钛合金、特种钢材等材料来制造潜水器的外壳，但这只是第一步。

如何确保外壳在承受巨大压力的同时，还能保持良好的密封性，防止海水渗入，是设计中的关键环节。

动力系统也是深海潜水器设计的核心问题之一。

由于深海中无法直接获取太阳能，传统的太阳能动力系统在这里毫无用武之地。

电池供电虽然是一种选择，但电池的能量密度有限，难以支持长时间的深海作业。

因此，一些深海潜水器采用了热液能、核能等新型动力源。

然而，这些动力源的利用并非一帆风顺。

例如，核能动力虽然能量充足，但存在着核辐射泄漏的风险，对安全防护的要求极高。

热液能的获取和转化效率也有待进一步提高。

通信问题同样棘手。

在深海中，电磁波的传播受到极大限制，普通的通信手段几乎失效。

为了实现潜水器与母船之间的有效通信，通常会采用水声通信技术。

但水声通信的速率较低，且信号容易受到海洋环境的干扰，如洋流、海洋生物、海底地形等。

这就需要不断优化通信算法，提高通信的稳定性和可靠性。

导航与定位也是一大挑战。

在深海中，GPS 等卫星导航系统无法使用，而磁场、水压等因素又会对传统的导航设备产生干扰。

因此，深海潜水器往往需要依靠惯性导航、声学导航等技术来确定自身的位置和方向。

但这些导航技术也存在着精度不够高、累积误差大等问题，需要不断改进和完善。

此外，深海潜水器的操纵性和稳定性也是设计中需要重点考虑的因素。

深海的水流复杂多变，潜水器在其中航行时容易受到干扰而失去平衡。

深海中厚球壳受力分析及设计

学术论坛科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald212深潜器具有水下观察和作业能力的活动深潜水装置，是人类进行深海工作研究的有力技术工具。

而耐压壳是保证深潜器安全的关键部件，球壳是深潜器的理想承压结构，其应用也日益广泛。

一直以来，越来越多的学者对球壳的承载能力进行了研究。

该文基于有限元的优化设计，提出了计算深潜器中厚耐压球壳的受力分析方案，通过模拟在10000 m 水深的受力情况，对耐压球壳进行优化，用Patra n/Nastra n 软件对深潜球壳受力过程分析得出较为合适的耐压壳的厚度半径比。

1 建模与薄壳计算分析有限元建模分析(1)模型范围。

耐压球壳半径为1000 m m ，厚度为60 m m至150 m m。

(2)结构模拟。

采用M S C.N a s t r a n 实体单元H EX8（8节点，每个节点3个自由度），取二分之一球体作分析，划分了1440个单元，共计3172个节点，边界条件z=0处，方向固定，结构受外压100MPa。

(3)单位及材料属性(表1）。

(4)边界条件。

由对称边界条件得，位于Z=0平面上的节点XYZ方向的位移固定。

(5)工况。

10000m 深水下，深潜器球壳的直径可以近似忽略，当成质点来看，取整体受到压强为100 MPa。

2 利用Patran模型计算分析所得数据公式根据Patran所建模型图所知：2.1 屈曲分析（BUCKLING）（图1-图4）(1)由图1-图4可知，理想状态下，半球壳失稳的临界应力因数如表2所示。

所绘制曲线图见图5。

(2)球壳可承受最大的屈曲应力计算公式为：Max=Factor*Pressure （所给压力）结论如表3。

所绘制曲线图见图6。

2.2 非线性静态分析（N O N -L I N E A R SATICT）(图7-图10)由于边界条件限制和工艺实际情况，一般球壳均为两个半球相叠加，因此可取图中最大值为分析值，结论如表4所示。

载人潜水器基本参数

载人潜水器基本参数
载人潜水器是一种能够携带人员下潜至海洋深处进行科学研究、勘探和工程作业的特殊装备。

它的基本参数包括以下几个方面：
1. 潜水深度，载人潜水器的潜水深度是指它能够安全下潜的最
大深度。

不同类型的载人潜水器具有不同的潜水深度，一般而言，
深海载人潜水器的潜水深度可以达到数千米甚至更深。

2. 载人能力，这指的是载人潜水器可以携带的人员数量。

一般
来说，载人潜水器的载人能力较小，通常只能携带数名乘员进行潜
水任务。

3. 尺寸和重量，载人潜水器通常具有较大的尺寸和重量，以确
保其在深海环境下的稳定性和安全性。

尺寸和重量也会影响到潜水
器的运输和部署方式。

4. 潜水器结构和材料，潜水器的结构设计和所采用的材料对其
性能和可靠性有着重要影响。

一般来说，载人潜水器需要具备良好
的耐压性能和防水密封性能，以应对深海环境的极端条件。

5. 动力系统和操纵方式，载人潜水器通常配备有相应的动力系统，如电池或者液压系统，以提供潜水器在水下的动力支持。

同时，潜水器的操纵方式也是其基本参数之一，操纵系统需要简单易用并
且能够确保潜水器在水下的精准操作。

这些基本参数构成了载人潜水器的核心特征，它们决定了潜水
器在深海环境下的性能和适用范围。

随着科技的不断进步，载人潜
水器的参数也在不断得到提升和改进，以满足人类对深海探索的需求。