深水环境模拟试验装置及其压力控制系统研发

发布时间：2017-12-22 22:10

本文关键词：深水环境模拟试验装置及其压力控制系统研发　出处：《浙江大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着陆地资源日趋匮乏,探采海洋资源逐渐成为了各国发展的战略重点,然而,受限于深海设备的技术水平,我国对于海洋资源的探采与开发能力还尚显不足。为此,我国开始逐步着手于研制完善的深水环境模拟试验装置,意在为深海设备的产品开发、科学研究提供重要的试验环境和开发平台。本文基于某型产品的外液压科研试验任务,采用数值模拟优化技术和仿真实验技术,研发了由立式高压釜及其压力控制系统组成的深水环境模拟试验装置。开展的主要工作如下：(1)借助有限元数值模拟技术,对立式高压釜的整体结构进行了设计与优化。基于设计技术要求,确定了立式高压釜的整体结构,通过初步设计得到了高压釜的主要结构尺寸,确定了各部件材料。在满足强度要求的前提下,提出了基于泄漏失效的刚度约束条件,并以此条件为基础,完成了高压釜结构的轻量化设计；同时,利用灵敏度分析筛选出了与疲劳结构有关的优化设计变量,通过分析样本空间的计算结果和变量间的响应曲线,完成了高压釜疲劳结构的优化分析。(2)基于密封圈结构与材料的研究,研发了立式高压釜的快开门密封结构。根据橡胶材料特性,选取了适宜的超弹性本构模型,从强度、自紧密封效果、使用寿命等方面,对比分析了O型、方型、单软唇型、Y型密封圈在预紧、自紧过程中的密封性能表现；同时,基于单软唇型密封圈结构,对丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶在材料强度、压缩率、耐候性等方面进行了比较,并分析了在不同硬度条件下密封圈的密封性能参数,最终确定了适用于立式高压釜快开门结构密封圈的胶料及其材料硬度范围；此外,还研究了密封间隙、密封槽宽度对于单软唇型密封结构的影响规律,确定了立式高压釜密封槽的最佳尺寸选取范围。(3)根据模糊控制理论,采用MATLAB-AMESim联合仿真实验的方法,开发了基于模糊自适应PID控制的高精度压力控制系统。根据立式高压釜压力控制系统的技术指标,确定了系统的控制原理及结构组成,并采用工程计算方法完成了系统的硬件设计及选型工作;同时,利用MATLAB-AMESim联合仿真平台得到了压力控制系统的批处理结果,结合PID调控的一般规律,建立了适用于本系统的模糊控制规则,并借助联合仿真实验对比分析了常规PID与模糊PID控制器在不同信号响应下的动静态特性,验证了模糊PID控制器对高精度压力控制系统的控制效果,进而完成了模糊PID控制器的研发。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P742

【参考文献】