近年來,隨著傳統(tǒng)能源的逐漸枯竭,人類將目光瞄向資源更豐富的海洋。為了更好的探索海洋資源,需要借助水下觀測儀器和設(shè)備。眾所周知,海洋是一個高壓低溫的環(huán)境,這會嚴重降低儀器電池的放電效率,減少其工作時間。因此,本文設(shè)計一種為海洋觀測儀器供電的高能效電池艙,通過加入保溫材料在一定程度上提高了低溫環(huán)境下電池放電效率,延長了觀測儀器的工作時間。首先,本文根據(jù)海洋潛標系統(tǒng)觀測儀器工作時間和所需要的工作功率等信息,按照壓力容器設(shè)計準則設(shè)計出“黃金比例”圓筒形電池艙與“大浮力”球形電池艙兩種電池艙為觀測儀器供能,對兩種電池艙進行強度計算和穩(wěn)定性校核,確立電池艙結(jié)構(gòu)和尺寸,并利用Solidworks軟件建立三維模型,利用有限元軟件對兩種電池艙進行進一步有限元仿真分析,用數(shù)值模擬的方法進行應(yīng)力分析與優(yōu)化,確定最終方案。然后從研究鋰電池放電時發(fā)生的電化學反應(yīng)入手,研究熱量傳遞的基本途徑。以鋰亞硫酰氯電池為研究對象,分析化學反應(yīng)原理及鋰電池從內(nèi)向外熱量的傳遞規(guī)律,從理論方面計算出鋰電池放電所釋放的熱量;根據(jù)電池艙結(jié)構(gòu)及觀測儀器工作電壓設(shè)計電池組,利用ANSYS Workbench模擬仿真軟件對其模擬仿真,研究... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圓筒壁中扇形微元體Fig.2-1Fan-shapedmicroelementincylinderwall

青島科技大學研究生學位論文90rrrddr（2-2）對容器設(shè)計中所關(guān)注的點，需對每一種載荷類型計算其應(yīng)力張量（6個單位的應(yīng)力分量）。對每一計算得到的應(yīng)力張量給與分類中的P（mP、bP、LP）、Q、F（Q、F用于彈性分析時的疲勞和棘輪評定）不同類別。每個符號均代表6個應(yīng)力分量。分析設(shè)計中，將各類應(yīng)力中的各應(yīng)力分量按同種應(yīng)力分別疊加，得到mP組、LP組、LP+bP組、LP+bP+Q組和LP+bP+Q+F組，共5組應(yīng)力分量[37]。用應(yīng)力分量來計算每組的主應(yīng)力1、2、3。得到的主應(yīng)力計算VonMises當量應(yīng)力eS：2221223311()()()2eeS（2-3）式中：mP—沿整個平均的薄膜應(yīng)力，MPa；bP—沿整個厚度分布的彎曲應(yīng)力，MPa；LP—薄膜應(yīng)力，MPa；Q—彎曲應(yīng)力，MPa。由于受到壓力的作用，微元體的各點都發(fā)生變形，如圖2-2所示。可得徑向形變r和環(huán)向形變的表達式：()rdruduudrdudrdrrudrdurdr（2-4）圖2-2微元體形變示意圖Fig.2-2Schematicdiagramofmicroelementshapechange對求導，有：

深海裝備用高能效電池艙結(jié)構(gòu)設(shè)計及熱特性研究10()rddrr（2-5）應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系滿足胡克定律，有表達式：()/()/rrzrzEE（2-6）其中，E為彈性模量，為泊松比，z為常數(shù)。將上式中的r、帶入到公式（2-6）中整理可得：1()rrdddrdrr（2-7）化簡可得應(yīng)力：212212//rCCrCCr（2-8）其中，1C、2C可以由邊界條件確定。若iR表示腔體的內(nèi)半徑，oR表示腔體的外半徑。且系數(shù)/ioKRR，腔體承受均布的外壓強P，則有邊界條件：irR時，0r；orR時，rP，可得：1222211iPCKPCRK（2-9）對于承受外壓的厚壁容器，軸向的應(yīng)力均布分布。如圖2-3所示。軸向內(nèi)力與外力平衡，可以得到：222()ozoiPRRR（2-10）圖2-3軸向應(yīng)力分布示意圖Fig.2-3Schematicdiagramofaxialstressdistribution根據(jù)公式（2-10）能夠推導出軸向應(yīng)力的表達式：

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3585988