載人潛水器服役期間承受著不斷變化的循環(huán)載荷,相應(yīng)的疲勞破壞模式是載人潛水器耐壓殼面臨的主要威脅。就目前的大多數(shù)研究來(lái)看,人們?cè)谧瞿蛪簹そY(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究時(shí),往往只考慮了強(qiáng)度和穩(wěn)定性的校核,忽略大深度載人潛水器在下潛工作過(guò)程中會(huì)承受循環(huán)載荷而引起的疲勞破壞。本文研究如何把載人潛水器耐壓殼的疲勞壽命也作為約束條件,以結(jié)構(gòu)凈體積最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。具體的研究工作如下。確定耐壓球殼的初始設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)耐壓球殼進(jìn)行強(qiáng)度校核;基于線彈性斷裂力學(xué)理論計(jì)算球殼表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子;采用單一曲線模型預(yù)報(bào)深潛器耐壓球殼在極限下潛工況下和隨機(jī)下潛工況下的疲勞壽命。結(jié)果表明:兩種工況下的耐壓球殼疲勞壽命都滿足設(shè)計(jì)要求,并且兩種工況下副觀察窗的疲勞壽命都低于主觀察窗。采用Matlab自編程方式分別構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法、慣性權(quán)重改進(jìn)的粒子群算法和學(xué)習(xí)因子改進(jìn)的粒子群算法程序,選取測(cè)試函數(shù)對(duì)比驗(yàn)證自編算法程序的準(zhǔn)確性、可靠性、收斂性和魯棒性等。結(jié)果表明學(xué)習(xí)因子改進(jìn)的粒子群算法在求解大多數(shù)函數(shù)最優(yōu)值問(wèn)題時(shí)效果較優(yōu);針對(duì)三維有約束優(yōu)化問(wèn)題,研究相關(guān)控制參數(shù)對(duì)算法性能的影響,給出合理的控制參數(shù)值,為耐壓球殼觀察窗窗座的優(yōu)化問(wèn)題提供參考。對(duì)耐壓球殼各觀察窗窗座參數(shù)化建模,有限元計(jì)算不同參數(shù)組合的窗座疲勞壽命;選取窗座上底半徑、下底半徑、高度為設(shè)計(jì)變量,結(jié)構(gòu)凈體積為目標(biāo)函數(shù),分別以極限下潛工況下的疲勞壽命和隨機(jī)下潛工況下的疲勞壽命為約束條件,基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化原理,尋求滿足疲勞壽命要求且體積最小的設(shè)計(jì)尺寸。優(yōu)化結(jié)果表明:極限下潛工況下,耐壓球殼的主觀察窗窗座和副觀察窗窗座體積分別減少了14.19%、8.29%;隨機(jī)下潛工況下,耐壓球殼的主觀察窗窗座和副觀察窗窗座體積分別減少了13.83%、7.09%。
【學(xué)位單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U674.941
【部分圖文】：

in”號(hào)建成之初認(rèn)證下潛深度為 1829 米，1976 年經(jīng)過(guò)大修后提獲得 4500 米下潛深度認(rèn)證，至今已完成約 5000 多次下潛，為出的貢獻(xiàn)。除此之外，世界上已投入使用的 4500 米以上的載5 年建成的 Nautile 號(hào)，下潛深度 6000 米；前蘇聯(lián) 1987 年建成潛深度 6000 米；日本 1989 年建成的“深海 6500”號(hào)，下潛交付海軍使用的 RUS 號(hào)和 CONSUL 號(hào)。大深度載人潛水器也進(jìn)行了大量研究，其中的代表成果有載人士”號(hào)等等。“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器長(zhǎng) 8.2 米、寬 3.0 米、高 3.4最大下潛深度為 7000 米，工作范圍可覆蓋全球海洋區(qū)域的 9 6 月至 7 月所進(jìn)行的 7000 級(jí)海試中達(dá)到了 7062 米的下潛深度持了 23 年的記錄，創(chuàng)造了中國(guó)載人深潛器的記錄。2018 年我號(hào)載人深潛器突破了總體設(shè)計(jì)與優(yōu)化、大厚度鈦合金載人艙設(shè)、大深度浮力材料等一系列關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)正式投入試驗(yàn)性應(yīng)時(shí)，中國(guó)自主研制的萬(wàn)米載人潛水器也取得了重大進(jìn)展，計(jì)往全球海洋最深處——馬里亞納海溝進(jìn)行海試。

第 2 章 理論基礎(chǔ)與殼體通過(guò)焊接形式相連，不可避構(gòu)不連續(xù)，這些區(qū)域更易于形成應(yīng)究帶有初始微觀裂紋的耐壓球殼的命。本章給出線彈性斷裂力學(xué)和疲理論類置是不固定的，根據(jù)裂紋的幾何特穿透裂紋（也稱貫穿裂紋），如圖

圖 2-2 裂紋的擴(kuò)展方式型裂紋（Opening Mode）為Ⅰ型裂紋，指在與裂紋面正交的拉應(yīng)力作用其正交的張開(kāi)位移，如圖 2-2（a）所示。該種裂紋斷裂被認(rèn)為是最危險(xiǎn)型裂紋（Sliding Mode）為Ⅱ型裂紋，指裂紋受到平行于裂紋表面且垂直力，裂紋在該力作用下沿著與原裂紋成某一角度的方向擴(kuò)展，如圖 2-2（紋（Anti-plane Shear Mode）為Ⅲ型裂紋，指裂紋受到平行于裂紋表面和，使其在原裂紋方向產(chǎn)生平面位移，如圖 2-2（c）所示。工程應(yīng)用中的多數(shù)裂紋可能是兩種及其以上的基本裂紋組成的復(fù)合型裂紋是低應(yīng)力斷裂的主要原因，相對(duì)其他兩種類型更常見(jiàn)且危險(xiǎn)，所以當(dāng)裂紋時(shí)，設(shè)計(jì)者往往將其視作張開(kāi)型來(lái)處理[1]。紋尖端應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)
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