殘余應(yīng)力對(duì)海洋耐壓結(jié)構(gòu)承載極限影響研究.pdf

1、潛水器是探索深海資源的重要工具，深海工作環(huán)境對(duì)潛水器結(jié)構(gòu)有很高的耐壓要求，承壓能力的大小決定所能探索海洋的范圍，提高結(jié)構(gòu)承壓極限對(duì)國(guó)家海洋資源的開發(fā)具有重要意義。為了最大化提高潛水器的承壓極限，材料方面可以選用強(qiáng)度最高的鈦合金，結(jié)構(gòu)方面可以選用承壓最好的球型結(jié)構(gòu)，目前已無(wú)法從這兩方面來(lái)提高承載極限。本文以厚壁圓筒結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，提出一種通過利用殘余應(yīng)力分布來(lái)提高結(jié)構(gòu)的耐壓性能的方法，并通過數(shù)值模擬，分析有益殘余應(yīng)力的形成和這種分布對(duì)結(jié)構(gòu)

2、承載極限的影響。
　　分析圓筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，比較厚壁圓筒的膨脹方案和回彈方法，選擇通過對(duì)內(nèi)壁加壓來(lái)進(jìn)行膨脹的方案和顯隱式聯(lián)合分析的回彈方法，確定厚壁圓筒二維模型的數(shù)值模擬過程，并在筒內(nèi)壁形成環(huán)向殘余拉應(yīng)力，在外壁形成環(huán)向殘余壓應(yīng)力，這種應(yīng)力分布為有益的殘余應(yīng)力分布。建立不同數(shù)值模型，分別研究結(jié)構(gòu)尺寸、材料屬性、膨脹率對(duì)該殘余應(yīng)力分布形成的影響，得出不同因素對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響趨勢(shì)和如何控制有益殘余應(yīng)力的形成。從應(yīng)力應(yīng)變角度認(rèn)為，內(nèi)外壁

3、回彈速度不同是形成這種有益殘余應(yīng)力分布的本質(zhì)原因。
　　針對(duì)三維厚壁圓筒結(jié)構(gòu)形式，分析了理想狀態(tài)、初始幾何缺陷、非均布?xì)堄鄳?yīng)力、初始缺陷和非均布?xì)堄鄳?yīng)力復(fù)合狀態(tài)下厚壁圓筒的承載極限，并對(duì)比分析結(jié)果，得到三種初始缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)承載極限的影響。初始幾何缺陷越大，厚壁圓筒的承載能力降低的程度越大，初始應(yīng)力缺陷取決于應(yīng)力分布和應(yīng)力大小。對(duì)比分析了三種均布?xì)堄鄳?yīng)力狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的承載極限，內(nèi)壁的環(huán)向殘余拉應(yīng)力值越大，結(jié)構(gòu)承載極限越高，簡(jiǎn)述了整個(gè)過程

4、的應(yīng)力發(fā)展歷程。分析了結(jié)構(gòu)的圓度在膨脹前后的變化，指出膨脹處理有利于減小結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷。
　　基于強(qiáng)化后厚壁圓筒模型承載極限的基礎(chǔ)上，選擇一種測(cè)試外壓容器承載極限的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)現(xiàn)有的制造條件，參考國(guó)內(nèi)外高壓環(huán)境模擬結(jié)構(gòu)的形式，選擇一種新的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式體積小，便于制造和操作。確定了結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)，利用有限元方法校核該結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，其壓力承載性能明顯優(yōu)于球型結(jié)構(gòu)。完成了結(jié)構(gòu)的密封系統(tǒng)和疲勞校核，結(jié)構(gòu)的使用壽命完全滿足使用