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耐压舱壳体的国内外研究现状和发展趋势

时间:2021-02-12 19:14来源:毕业论文
作为潜水器系统的重要组成部分,耐压舱壳体结构的研究受到国内外学者的高度重视。获得安全可靠的耐压舱结构是研究人员的最终目标,为此,国内外学者主要针对耐压舱壳体的结构

作为潜水器系统的重要组成部分,耐压舱壳体结构的研究受到国内外学者的高度重视。获得安全可靠的耐压舱结构是研究人员的最终目标,为此,国内外学者主要针对耐压舱壳体的结构的强度、稳定性以及动力学特性进行了相关研究。此外,随着材料科学的发展,高强度轻质的材料的研究也越来越受到国内外科学家的重视。对于耐压舱壳体首先要满足静力学特性的条件,还要具备良好的动态特性。对于一些特殊用途的潜水系统还须满足低噪声等特性。[1]总之,只有综合考虑耐压壳体静力学特性和动力学特性并结合具体设计要求,才能真正实现壳体结构的最优设计。63251

1  耐压舱壳体研究的相关问题                                            

潜水器的结构相当复杂,耐压舱壳体结构的安全性是潜水器适应水下复杂作业环境的必要保证。因此,必须选择合适的结构型式,并进行针对性设计,使耐压舱壳体具有足够的强度和稳定性[2]。当前,我国水下耐压舱壳体结构设计一般是依据《潜水系统和潜水器入级与建造规范》[3]。决定潜水器耐压壳形状的因素有很多,如作业的潜深、使用功能(仪器舱、电池舱、控制舱等)、外观要求、材料加工制作的工艺复杂性、空间利用率、操作的方便性、重量一排水量以及制造成本等。怎样综合考虑这些因素,设计出满足使用要求的耐压舱结构一直是研究的焦点。耐压舱壳结构是除了设备仪器外,潜水器重量的主要来源。潜水器重量影响着潜水器的性能以及制造成本等。因此,耐压舱重量渐渐成为设计者所需要考虑的重要问题之一,也即如何平衡好强度和重量的关系。

当前,对于耐压舱壳体结构的研究一般主要还是围绕提高其强度和结构稳定性以及减轻壳体重量来进行开展,其中主要包括材料的选择、结构的合理设计与优化。当前,新型非金属材料,如高强度轻质陶瓷等的发展日新月异,为耐压舱的设计制造打下了良好的物质基础。但同时也存在着新型材料的使用制造成本较高,性能研究还比较局限的问题[12]。作为机械设计人员,更主要的应着眼于耐压舱壳体结构的设计与优化,以便满足其相关的性能要求。此外,为了突破一定历史时期材料发展的局限,新的设计思路,如耐压方式、及结构形式等,都是值得思考与探索的。

2  耐压舱壳体的结构形式

    耐压舱壳体的横剖面形状多种多样,历史上曾经出现过圆形、矩形、椭圆形、以及圆柱截剖体等形状[17]。从抵抗静水压力的能力来看,其中圆形横截面最为有利。因此,具有圆形剖面的耐压舱壳体结构从一开始就被广泛采用,并且一直沿用到现在。具有圆形剖面的耐压舱壳体,它的受压能力之所以最好,是因为其受到均匀静水外压作用时只会产生均匀的收缩变形。这样,耐压舱壳体的内部就只有均匀的压应力而没有弯曲应力,材料能够得到充分的利用,从而能达到耐压舱结构重量轻、材料省、成本低的设计目标[4]。其他结构形式的耐压壳在潜水器上也曾经使用过,但是因为各种原因,其材料利用的效率均不如环肋圆柱壳、球壳以及多球壳结构。锥形壳可以作为圆柱壳与椭球壳、半球壳,或者圆柱壳与平板封头之间的过渡结构。但是,为了减小过渡区产生的高应力,需要进行局部加强,从而造成壳体总重量的增加。扁球壳,常被称为潜碟,主要用作水下观察,但它的结构效率不高,只适合于浅深度作业。扁长球壳具有良好的体积密度和水动力形状,但由于难于制造、不易开孔导致成本较高。随着潜水器下潜深度的不断增加,绝大多数耐压壳体均采用圆柱壳或是球壳的结构形式。虽然球壳结构的材料利用效率较高,但其结构稳定性差,且不利于总体布置。因此,通常采用圆柱壳结构形式作为耐压舱壳体结构形式[5]。同时论文网,由于深水压力是外压,为了能有效保证耐压舱壳体在水外压作用下的稳定性,通常会在圆柱壳板上设置一系列环向加强筋,这也就形成了所谓的环肋圆柱壳。 耐压舱壳体的国内外研究现状和发展趋势:http://www.lwfree.com/yanjiu/lunwen_69681.html

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