【摘要】：耐壓殼是載人潛器的重要設(shè)備,耐壓殼上設(shè)置多種開孔,包括便于人員出入的艙口、觀察外界的觀察窗以及零件和管件的貫穿孔。開孔不可避免地會削弱耐壓殼整體的力學特性,因此開孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計是耐壓殼設(shè)計的重中之重。觀察窗是研究人員觀察和探索外界的窗口,其受力情況復雜,且觀察窗的材料性能與殼體材料相差較大,在深海壓力作用下,觀察窗易產(chǎn)生擠壓變形,可能會導致其從窗座處擠出從而造成耐壓殼的泄漏。為了保證人員與設(shè)備的安全,保證潛水器的正常工作,對耐壓殼上的開孔包括人員出入口以及觀察窗的研究都是至關(guān)重要的,本文的研究內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)首先采用兩種理論公式研究了帶有錐臺形觀察窗耐壓殼的結(jié)構(gòu)應力,并討論不同厚度半徑比下兩種公式的適用性,當球殼為中厚殼時,兩種理論公式的計算結(jié)果較為接近。研究窗座的結(jié)構(gòu)參數(shù)對應力集中系數(shù)的影響規(guī)律,參數(shù)a、b和c的變化對k_ρ的影響較小,對k_θ的影響較大;參數(shù)f對k_ρ和k_θ的影響不大。采用理論和數(shù)值法分析了觀察窗的結(jié)構(gòu)應力,兩種方法獲得的軸向應力的變化趨勢大致相同,軸向應力的數(shù)值解稍大于理論解。其次觀察窗的小直徑端尖角處易發(fā)生應力集中,且小直徑端應變較大,可能造成觀察窗與窗座變形不協(xié)調(diào)。為探究觀察窗與窗座的變形協(xié)調(diào)情況,需研究幾何參數(shù)對接觸面處的應力與變形的影響。(2)采用理論與數(shù)值法對帶有不同形式觀察窗的耐壓殼進行強度研究,結(jié)果表明數(shù)值分析結(jié)果與理論分析結(jié)果吻合較好,平圓形觀察窗耐壓殼的最大應力與完美球殼相差較大,球扇形和錐臺形觀察窗耐壓殼的最大應力與完美球殼基本一致,因此錐臺形窗座起到加強作用彌補了開孔對殼體強度的削弱。其次制造比例樹脂模型進行試驗驗證,數(shù)值法和試驗獲得的失穩(wěn)形式一致,兩者結(jié)果具有良好的一致性,因此考慮等效缺陷的數(shù)值分析可以很好預測球形耐壓殼的破壞形式與破壞載荷。(3)研究多個開孔對整體耐壓球殼力學特性的影響,首先對帶人孔耐壓殼的強度及穩(wěn)定性進行數(shù)值分析,采用水壓試驗驗證,結(jié)果表明試驗結(jié)果與考慮真實缺陷的數(shù)值分析結(jié)果十分吻合,驗證了數(shù)值分析的合理性。其次對帶人孔以及三個觀察窗的耐壓殼進行力學特性研究,驗證其滿足強度要求。多開孔耐壓殼的臨界載荷比單個觀察窗開孔耐壓殼的臨界載荷高2%,比完美球殼的臨界載荷高1.2%,與帶有人孔耐壓殼的穩(wěn)定性相差1.1%,說明人孔的加強結(jié)構(gòu)以及觀察窗窗座加強構(gòu)件彌補了開孔對耐壓殼力學特性的削弱,加強構(gòu)件起到了加強作用。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U674.941

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