载人潜水器耐压壳结构设计与分析

发布时间：2017-04-04 23:06

  本文关键词：载人潜水器耐压壳结构设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伴随着经济的发展与工业的腾飞，陆地资源已经不能满足社会飞速发展的需要。占地球表面积70.8%的海洋蕴藏了丰富的油气和矿产资源，是人类的明天和未来的希望。海洋开发中的新热点是深海资源的开采与利用，载人深潜器作为深海科学考察与探索的工具之一，它能够携载科学家深入大洋深处，直观的进行科学考察与研究工作，在深海地质研究、资源调查、海洋生物研究等方面拥有着不可替代的作用，而耐压壳结构作为载人潜器中首要关键技术，关系到潜水器及人员设备的安全性，因此要求耐压壳结构具有足够的强度与稳定性。 本文基于国家重大专项项目“深水轻载作业型HOV概念设计研究”，开展耐压壳体结构的设计工作并对其做强度与稳定性分析。 首先，依据耐压壳结构设计中需要考虑的因素及最佳设计流程，确定了耐压壳体材料、结构形式、安全系数大小及球壳内径，利用CCS规范计算了壳体厚度，并根据模型初步设计尺寸计算了耐压壳体重量排水量。其次，通过比较线性屈曲与非线性屈曲分析两种有限元分析方法在稳定性分析中的优缺点，确定选用非线性屈曲分析方法来分析耐压壳体稳定性，将CCS规范、GL规范以及球壳稳定性计算中的经验公式计算结果与有限元分析结果进行了比较分析，结果表明有限元分析结果满足规范中屈曲计算的要求。通过引入初始缺陷，研究了其对耐压球壳稳定性产生的影响，通过对人员出入舱围栏及主侧观察窗座参数的改进，提高了耐压壳结构临界失稳力。最后，建立了无开孔以及多开孔耐压球壳模型，，分析了耐压壳体结构强度，分析结果表明结构整体及开孔局部区域强度均满足CCS规范要求，提出了一种区别于传统围壁加强的斜面过渡加强方式，结果表明采用斜面过渡加强方式，结构的应力分布更均匀，能够有效减小应力集中问题。
【关键词】：HOV 结构设计 耐压壳体 稳定性分析 强度分析
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 引言11
• 1.2 载人潜水器发展11-12
• 1.3 课题研究的背景及意义12-13
• 1.4 耐压壳结构国内外研究现状13-15
• 1.5 论文的主要研究内容15-17
• 第2章 潜水器耐压壳结构设计17-27
• 2.1 耐压壳结构设计原则17-18
• 2.2 耐压壳体材料的选择18-19
• 2.3 耐压壳结构形式的选择19-21
• 2.4 安全系数的确定21-22
• 2.4.1 几何尺寸、材料方面的影响21-22
• 2.4.2 设计计算公式的可靠性22
• 2.4.3 制造加工的影响22
• 2.4.4 管理使用方面的影响22
• 2.5 耐压壳尺寸的确定22-24
• 2.5.1 球壳内径22-23
• 2.5.2 球壳厚度23-24
• 2.6 耐压壳体重量排水量计算24-25
• 2.7 本章小结25-27
• 第3章 稳定性理论27-39
• 3.1 薄壳稳定性理论27-32
• 3.1.1 弹性薄壳稳定性理论27-28
• 3.1.2 塑性薄壳稳定性理论28-32
• 3.2 球壳稳定性理论公式和经验公式32-34
• 3.3 稳定性分析的有限元理论34-38
• 3.3.1 线性屈曲分析34
• 3.3.2 非线性屈曲分析34-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 耐压壳稳定性分析39-61
• 4.1 无开孔耐压球壳临界失稳力分析39-50
• 4.1.1 CCS 规范校核稳定性39-40
• 4.1.2 GL 规范校核稳定性40
• 4.1.3 经验公式计算临界失稳力40-41
• 4.1.4 线性屈曲有限元分析41-44
• 4.1.5 非线性屈曲有限元分析44-49
• 4.1.6 经验公式、规范与有限元计算结果对比49-50
• 4.2 单开孔耐压球壳临界失稳力分析50-56
• 4.2.1 人员出入舱开孔屈曲分析50-54
• 4.2.2 主侧观察窗开孔屈曲分析54-56
• 4.3 多开孔耐压球壳临界失稳力分析56-58
• 4.3.1 网格划分及边界条件56-57
• 4.3.2 载荷与增量步控制57
• 4.3.3 计算结果后处理57-58
• 4.4 开孔对结构稳定性影响分析58
• 4.5 本章小结58-61
• 第5章 耐压球壳强度分析61-71
• 5.1 受压球壳应力规范计算61
• 5.1.1 无开孔球壳应力计算61
• 5.1.2 开孔区域应力计算61
• 5.2 无开孔耐压球壳强度分析61-63
• 5.3 多开孔耐压球壳强度分析63-68
• 5.3.1 传统开孔加强方法63-64
• 5.3.2 围壁加强开孔强度分析64-66
• 5.3.3 斜面过渡开孔强度分析66-68
• 5.3.4 两种加强方法比较68
• 5.4 本章小结68-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果77-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陆蓓,刘涛,崔维成;深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究[J];船舶力学;2004年01期

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本文编号：286046