深海高压环境模拟系统的设计与研究

发布时间：2017-03-28 12:05

  本文关键词：深海高压环境模拟系统的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在茫茫大海上做试验是昂贵的、费时的，而且往往很难得出结论。为了消除外海实验的必要性，能够模拟深海环境条件的一些设施已经建成。目前，大多数深海高压环境模拟设备规模都相对较小，使较大零部件的深海环境模拟实验受到了很大限制。面对这样的问题，我们对大容积的深海环境模拟器的需求越来越迫切。正是在水下空间模拟的局限性日益突出的形势下，本课题应运而生，它是国内目前同等压力下容积最大的深海高压环境模拟器。 本文根据给定的技术指标，研究实验舱体的结构方案、材料及安装形式，基于GB150-2011“压力容器”及JB4732-95“钢制压力容器—分析计算标准”等理论依据，完成深海高压环境模拟实验舱体的各部件的结构设计及相关部件的强度校核。最终确定各部件尺寸，并建立了舱体的三维模型。 研究高压加卸载及稳压技术，开展深海高压发生设备、装置、管路和阀件的大体系统设计。确定实验舱温度控制方式，选择要使用的设备类型，完成温度控制系统的设计。选择要使用的控制理论及控制系统硬件和软件，完成数据采集及中央控制系统的主要框图设计。 最后基于有限元软件对实验舱进行强度、刚度、疲劳分析，通过详细讨论了各部件的变形、应力及疲劳特性，并与部分理论计算结果对照，得到了相关结论，进一步验证了实验舱的安全性。
【关键词】：深海模拟 结构设计 控制 有限元 疲劳
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH49
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 高压容器综述9-16
• 1.1.1 高压容器发展现状9-10
• 1.1.2 高压容器发展趋势及新进展10-12
• 1.1.3 高压容器筒体的主要结构类型12-14
• 1.1.4 高压容器常用的密封结构形式及特点14-16
• 1.2 深海高压环境模拟实验舱16-21
• 1.2.1 深海高压环境模拟设备的现状16-18
• 1.2.2 国内外现有的深海高压环境模拟实验舱18-21
• 1.2.3 深海高压环境模拟技术发展趋势21
• 1.3 课题的选题背景、意义21-22
• 1.3.1 选题背景21-22
• 1.3.2 意义22
• 1.4 课题主要研究内容22-24
• 2 深海高压环境模拟实验舱结构设计24-42
• 2.1 高压容器设计应考虑的问题24-25
• 2.2 深海高压环境模拟实验舱的技术指标及设计计算准则25
• 2.3 深海高压环境模拟实验舱的初步设计25-28
• 2.3.1 密封结构形式及安装方式的选择25-27
• 2.3.2 材料及制造方案的选择27
• 2.3.3 初步设计方案27-28
• 2.4 深海高压环境模拟实验舱详细结构设计28-41
• 2.4.1 筒体壁厚计算28-29
• 2.4.2 球封头计算29-30
• 2.4.3 筒体端部计算30-33
• 2.4.4 抗剪环结构设计33-34
• 2.4.5 平盖结构设计34-38
• 2.4.6 密封圈、密封圈托架、热套38
• 2.4.7 深海高压环境模拟实验舱主要结构参数及装配图38-41
• 2.5 本章小结41-42
• 3 外围附属系统设计42-55
• 3.1 外围附属系统整体结构42-43
• 3.2 实验舱压力控制系统43-49
• 3.2.1 舱内压力控制原理43
• 3.2.2 实验舱压力控制方案的确定43-44
• 3.2.3 实验舱压力控制系统的主体构成及工作过程44-47
• 3.2.4 实验舱压力控制系统的硬件相关说明47-49
• 3.3 实验舱温度控制系统49-52
• 3.3.1 压力介质冷却方案的确定49
• 3.3.2 实验舱温度控制系统49-52
• 3.4 数据采集及控制系统设计52-53
• 3.5 本章小结53-55
• 4 深海高压环境模拟实验舱筒体有限元分析55-78
• 4.1 ANSYS 与 ANSYS Workbench 概述55-57
• 4.2 有限元分析步骤57-59
• 4.3 有限元分析结果讨论59-77
• 4.3.1 实验舱整体59-61
• 4.3.2 筒体61-67
• 4.3.3 热套67-69
• 4.3.4 平盖69-72
• 4.3.5 抗剪环72-75
• 4.3.6 密封圈托架75-77
• 4.4 本章小结77-78
• 5 基于有限元的筒体疲劳寿命分析78-86
• 5.1 高压容器疲劳破坏概述78
• 5.2 防止高压容器疲劳破坏的措施78-79
• 5.3 筒体疲劳寿命分析79-84
• 5.3.1 确定材料的应力-寿命曲线79-80
• 5.3.2 筒体理论寿命计算80-81
• 5.3.3 筒体疲劳有限元分析81-84
• 5.4 本章小结84-86
• 总结与展望86-87
• 参考文献87-90
• 致谢90-91
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录91-92

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