【摘要】：深海潛水器工作環(huán)境惡劣、下潛時間長,須最優(yōu)協(xié)調(diào)其安全性、載運能力和人機環(huán)特性,這就使耐壓殼封頭的強度、穩(wěn)定性、儲備浮力、殼內(nèi)空間利用率、乘員舒適性等性能要求更高,還缺乏綜合考慮這些因素的深入研究。綜合現(xiàn)有關(guān)于耐壓殼封頭文獻可知,扁圓橢球封頭抗壓能力明顯優(yōu)于扁長橢球封頭,因此廣泛應用于潛艇的耐壓裝備;但由于扁圓橢球封頭流線型較差,需要設計扁長橢球輕外殼來減少潛艇水阻力,這將導致輕外殼和封頭之間過渡空間變大,潛艇在水下工作時會攜帶很多海水,為此,提出了環(huán)肋扁長橢球封頭,該結(jié)構(gòu)具有良好的抗壓能力和流線型,但設計計算難度大、殼內(nèi)空間利用率低、工藝復雜、加工成本高。因此,非常有必要尋求一種最優(yōu)協(xié)調(diào)安全性、水動力學和空間利用效率的無肋封頭;而蛋殼滿足圓頂原理,具有超強的耐壓特性和流線型,是一種優(yōu)異的仿生原型。蛋形耐壓殼體可最優(yōu)協(xié)調(diào)潛水器的安全性、快速性、空間利用率、人機環(huán)等性能,故本文從蛋形仿生學角度設計研發(fā)了一種新型扁長形無肋封頭,具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)通過對鵝蛋幾何特征的了解,得到鵝蛋殼長軸、短軸、蛋形系數(shù)以及蛋形輪廓函數(shù),從而為后面的蛋形封頭仿生設計提供前期理論基礎。再由蛋形輪廓函數(shù)關(guān)系式得出蛋形封頭仿生設計公式,并依據(jù)蛋形封頭設計公式推導出封頭的質(zhì)量與體積公式、強度與線彈性屈曲公式、等厚與變厚設計公式。(2)通過試驗法對蛋形耐壓封頭進行縮比模型試驗驗證。深入研究了304不銹鋼制蛋形封頭在均布外壓作用下的屈曲特性。設計了一種蛋形仿生封頭,采用沖壓成型技術(shù),制作了9個底部直徑160mm、高121mm的試驗模型;在此基礎上,對各模型進行輪廓掃描、超聲測厚以及靜水壓力測試,研究其屈曲載荷和失穩(wěn)模式;根據(jù)掃描和測厚結(jié)果,對試驗封頭進行非線性屈曲數(shù)值分析,與試驗結(jié)果吻合良好。(3)對比分析了1mm和1.5mm壁厚下蛋形封頭和球形封頭屈曲特性,表明蛋形封頭具有良好的抗壓能力,對材料塑性和形狀缺陷的敏感性低。并以蝶形深海密封保護罩設計為例,對比分析了蛋形封頭在實際生產(chǎn)應用中相對與蝶形封頭以及球形封頭于強度、穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢,結(jié)果表明蛋形封頭應力主要集中在腰部區(qū)域,應力分布均勻性相對較好,綜合性能最優(yōu),是千米水深耐壓封頭設計的有效選擇。
【圖文】：

5圖 1.1 封頭分類樹枝圖Fig. 1.1 Classification tree of dome頭為半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭、球冠形封頭，示。其中，半球形封頭是由半個球殼構(gòu)成；橢圓形封頭是半邊的作用是為了保證封頭的制造質(zhì)量和避免筒體與封頭間；碟形封頭又稱帶折邊球形封頭，由三部分構(gòu)成：以 Ri為渡圓弧(即折邊)和高度為 h 的直邊，球面半徑越大，折邊半，這對于加工成型有利；為了進一步降低凸形封頭的高度弧部分去掉，只留下球面部分。并把它直接焊在筒體上，種封頭也稱為無折邊球形封頭。

圖 1.2 凸形封頭結(jié)構(gòu)圖Fig. 1.2 Convex dome structure符號: h————凸形封頭計算厚度，mm；iD ————封頭內(nèi)徑或與其連接的圓筒內(nèi)直徑，mm；iR ————封頭內(nèi)曲面半徑，mm；ih ————凸形封頭內(nèi)曲面深度，mm；（2）平板形封頭平板形封頭是化工設備常用的一種封頭，但深海耐壓殼上用的較少。平板形封頭的幾何形狀有圓形、橢圓形、長圓形、矩形和正方形等。（3）錐形封頭錐形封頭分帶折邊錐形封頭和無折邊錐形封頭，，示意圖見圖 1.3 錐形封頭結(jié)構(gòu)圖錐形封頭廣泛應用于許多化工設備(如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等)的底蓋，它的優(yōu)點是便于收集與卸除這些設備中的固體物料。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U674.941

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

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2 王自力;王仁華;俞銘華;李良碧;;初始缺陷對不同深度載人潛水器耐壓球殼極限承載力的影響[J];中國造船;2007年02期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 任奕林;基于外形特征的雞蛋生物力學特性研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2007年

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本文編號：2641164