深海耐压壳体稳健性优化
发布时间：2021-01-19 04:00
海洋是重要的战略空间和资源宝库,随着陆地资源的日益枯竭,人类将目光投向了海洋。开发和利用海洋需要借助于多种海洋装备,载人潜水器就是其中重要的门类之一。载人潜水器具有系统构成复杂、仪器设备众多等特点,其中,耐压结构为大量的仪器、设备提供了布置和保护空间,其重量在总重量中占有很大的比例。由于耐压结构在深水中需要承受巨大的水压力,如何保证其在深水中不被破坏,一直是潜水器研究的重点和难点。可见,耐压结构是载人潜水器的关键系统,对于载人潜水器的安全性、总体性能等均有重要的影响。本文以多开孔柱状耐压结构为研究对象,主要开展以下研究工作:首先,针对耐压结构设计原则进行了分析,确定了耐压结构的材料、结构形式等,采用规范、有限元分析进行了无开孔耐压结构初步设计。完成了耐压结构开孔及加强设计,基于有限元分析方法进行了多开孔耐压结构的强度及稳定性分析,得到了多开孔耐压结构初步设计方案。其次,设计了多开孔耐压结构参数化分析流程,研究了参数化分析过程的中的样本点采样方法,为解决参数分析过程中的模型建立、材料属性设置、载荷和边界条件设置、网格划分等问题,基于Python语言对于Abaqus软件进行二次开发。进行多...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阿尔文号
海洋区域的 99.8%，是我国自行设计、自主集成研制的最大工作深度达 7000m 的深海载人潜水器[12]，从 2009 年首次开展深潜试验到 2012 年创造了国际同类作业型潜水器最大记录 7062m[13]，无数科技研究者付出了他们的心血。2014 年，由上海交通大学研制的最大作业深度 4500 米的深海无人遥控潜水器“海马号”[10]海试取得了成功，标志着大深度无人遥控潜水器所有关键技术已被我国掌握。近些年，潜水器除了在深度和作业方面的进步，在其他技术方面如材料、电子、水声通讯、摄像和自动控制等也有进展。以材料技术为例，大多数第二代深潜器耐压壳体采用钛合金和高屈服强度马氏体时效钢，后逐渐开始使用石墨复合材料和结构陶瓷材料，如美国海军新式先进无人探测系统（AUSS）就应用石墨复合材料，但该材料会产生残余应力，外部包有树脂压力容器的厚壁中的应力差会引起材料的分层和剥离，而后者虽生产问题少，但在端部连接、部件组装和设计标准上存在困难。因此，近年来开始尝试氧化铝、氮化硅、戴蒙克斯碳化硅、渗铝碳化硼和碳纤维增强材料等[14]。随着新技术的发展以及人类对深海奥秘的向往，深海潜水器的发展已经进入了一个崭新的阶段，也早已成为人类认识和探索海洋世界的重要手段。
图 1.3 Shinkai6500 图 1.4 “蛟龙”号表 1.2 一些深潜器参数比较型号Kaiko 号无人潜水器DeepseaChallenger号载人潜水器Triton 36000/3号载人潜水器DeepFightChallenger 号载人潜水器国家 日本 美国 美国 美国外形尺寸（长×宽×高）/(m×m×m)3.1×2.0×2.3 2.3×1.7×8.1 4.1×4.1×2.2 5.4×3.9×1.7最大工作深度/m 11000 11 000 11000 11000质量/kg 5600 11800 9000 215001.3 深潜器耐压结构国内外研究现状耐压结构伴随着潜水器多年的发展，由传统的球壳、圆柱壳、扁球壳发展到现代的藕节型壳[15]（多球交结壳[16]）、多平面柱壳[17]、仿生蛋壳[18]等多种新的结构形式。在潜
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国深海潜水器演变历程[J]. 本刊编辑部. 珠江水运. 2016(S2)
[2]有开孔加强结构耐压球壳稳健性优化[J]. 刘峰,韩端锋,姚军. 哈尔滨工程大学学报. 2016(12)
[3]盘点我国深海潜水器演变历程[J]. 中国海事. 2016(04)
[4]大深度载人潜水器耐压壳结构研究现状及最新进展[J]. 李文跃,王帅,刘涛,沈允生,叶聪. 中国造船. 2016(01)
[5]深水耐压壳仿生设计与分析[J]. 张建,王纬波,高杰,王明禄,唐文献,吴文伟. 船舶力学. 2015(11)
[6]载人潜水器在深海科学考察中的应用研究进展[J]. 刘保华,丁忠军,史先鹏,于凯本,李德威,李宝钢. 海洋学报. 2015(10)
[7]基于田口方法的汽车悬架稳健性优化[J]. 张瑛,吴光强. 机械与电子. 2015(09)
[8]基于6σ方法的悬置系统能量解耦与稳健设计[J]. 童东红,郝志勇. 汽车工程. 2015(02)
[9]基于Isight球形深潜器耐压观察窗座结构优化设计[J]. 尹汉军,张杨,彭小佳,王庆,杨淑云,刘峰. 船舶工程. 2014(06)
[10]多平面柱壳水下耐压结构特性研究[J]. 赵耀,周维新,姜舜. 中国造船. 2014(03)
博士论文
[1]基于风险的球柱组合壳结构性能分析[D]. 白旭.哈尔滨工程大学 2013
[2]基于操纵稳定性的汽车悬架稳健性设计研究[D]. 景立新.吉林大学 2011
硕士论文
[1]圆碟形水下滑翔机耐压壳参数化设计与优化[D]. 英扬.大连海事大学 2017
[2]车辆结构耐撞性的多目标稳健性优化设计[D]. 邓青青.湖南大学 2016
[3]载人潜器非耐压结构多目标优化设计[D]. 胡光兴.哈尔滨工程大学 2015
[4]基于6 Sigma理论的稳健优化策略研究[D]. 赵娜.东北大学 2014
[5]载人潜水器耐压壳多目标优化设计[D]. 姚军.哈尔滨工程大学 2014
[6]第三代全海深载人潜水器阻力性能及载人舱结构研究[D]. 李浩.中国舰船研究院 2014
[7]载人潜水器耐压壳结构设计与分析[D]. 曲文新.哈尔滨工程大学 2013
[8]潜水器耐压壳结构稳定性分析与研究[D]. 靖海宏.武汉理工大学 2011
[9]大深度潜水器耐压壳体结构响应分析与优化设计[D]. 伍莉.华中科技大学 2007
本文编号：2986297
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阿尔文号
海洋区域的 99.8%，是我国自行设计、自主集成研制的最大工作深度达 7000m 的深海载人潜水器[12]，从 2009 年首次开展深潜试验到 2012 年创造了国际同类作业型潜水器最大记录 7062m[13]，无数科技研究者付出了他们的心血。2014 年，由上海交通大学研制的最大作业深度 4500 米的深海无人遥控潜水器“海马号”[10]海试取得了成功，标志着大深度无人遥控潜水器所有关键技术已被我国掌握。近些年，潜水器除了在深度和作业方面的进步，在其他技术方面如材料、电子、水声通讯、摄像和自动控制等也有进展。以材料技术为例，大多数第二代深潜器耐压壳体采用钛合金和高屈服强度马氏体时效钢，后逐渐开始使用石墨复合材料和结构陶瓷材料，如美国海军新式先进无人探测系统（AUSS）就应用石墨复合材料，但该材料会产生残余应力，外部包有树脂压力容器的厚壁中的应力差会引起材料的分层和剥离，而后者虽生产问题少，但在端部连接、部件组装和设计标准上存在困难。因此，近年来开始尝试氧化铝、氮化硅、戴蒙克斯碳化硅、渗铝碳化硼和碳纤维增强材料等[14]。随着新技术的发展以及人类对深海奥秘的向往，深海潜水器的发展已经进入了一个崭新的阶段，也早已成为人类认识和探索海洋世界的重要手段。
图 1.3 Shinkai6500 图 1.4 “蛟龙”号表 1.2 一些深潜器参数比较型号Kaiko 号无人潜水器DeepseaChallenger号载人潜水器Triton 36000/3号载人潜水器DeepFightChallenger 号载人潜水器国家 日本 美国 美国 美国外形尺寸（长×宽×高）/(m×m×m)3.1×2.0×2.3 2.3×1.7×8.1 4.1×4.1×2.2 5.4×3.9×1.7最大工作深度/m 11000 11 000 11000 11000质量/kg 5600 11800 9000 215001.3 深潜器耐压结构国内外研究现状耐压结构伴随着潜水器多年的发展，由传统的球壳、圆柱壳、扁球壳发展到现代的藕节型壳[15]（多球交结壳[16]）、多平面柱壳[17]、仿生蛋壳[18]等多种新的结构形式。在潜
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国深海潜水器演变历程[J]. 本刊编辑部. 珠江水运. 2016(S2)
[2]有开孔加强结构耐压球壳稳健性优化[J]. 刘峰,韩端锋,姚军. 哈尔滨工程大学学报. 2016(12)
[3]盘点我国深海潜水器演变历程[J]. 中国海事. 2016(04)
[4]大深度载人潜水器耐压壳结构研究现状及最新进展[J]. 李文跃,王帅,刘涛,沈允生,叶聪. 中国造船. 2016(01)
[5]深水耐压壳仿生设计与分析[J]. 张建,王纬波,高杰,王明禄,唐文献,吴文伟. 船舶力学. 2015(11)
[6]载人潜水器在深海科学考察中的应用研究进展[J]. 刘保华,丁忠军,史先鹏,于凯本,李德威,李宝钢. 海洋学报. 2015(10)
[7]基于田口方法的汽车悬架稳健性优化[J]. 张瑛,吴光强. 机械与电子. 2015(09)
[8]基于6σ方法的悬置系统能量解耦与稳健设计[J]. 童东红,郝志勇. 汽车工程. 2015(02)
[9]基于Isight球形深潜器耐压观察窗座结构优化设计[J]. 尹汉军,张杨,彭小佳,王庆,杨淑云,刘峰. 船舶工程. 2014(06)
[10]多平面柱壳水下耐压结构特性研究[J]. 赵耀,周维新,姜舜. 中国造船. 2014(03)
博士论文
[1]基于风险的球柱组合壳结构性能分析[D]. 白旭.哈尔滨工程大学 2013
[2]基于操纵稳定性的汽车悬架稳健性设计研究[D]. 景立新.吉林大学 2011
硕士论文
[1]圆碟形水下滑翔机耐压壳参数化设计与优化[D]. 英扬.大连海事大学 2017
[2]车辆结构耐撞性的多目标稳健性优化设计[D]. 邓青青.湖南大学 2016
[3]载人潜器非耐压结构多目标优化设计[D]. 胡光兴.哈尔滨工程大学 2015
[4]基于6 Sigma理论的稳健优化策略研究[D]. 赵娜.东北大学 2014
[5]载人潜水器耐压壳多目标优化设计[D]. 姚军.哈尔滨工程大学 2014
[6]第三代全海深载人潜水器阻力性能及载人舱结构研究[D]. 李浩.中国舰船研究院 2014
[7]载人潜水器耐压壳结构设计与分析[D]. 曲文新.哈尔滨工程大学 2013
[8]潜水器耐压壳结构稳定性分析与研究[D]. 靖海宏.武汉理工大学 2011
[9]大深度潜水器耐压壳体结构响应分析与优化设计[D]. 伍莉.华中科技大学 2007
本文编号：2986297
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