深海載人潛水器球殼及觀察窗力學(xué)行為的有限元分析.pdf

1、大海覆蓋著地球71％的表面積，地球大量的資源都儲(chǔ)藏在海底。隨著陸地資源的日益枯竭，人們開始向海洋進(jìn)軍，開發(fā)和利用海底資源，能夠很好的緩和人口日益增長與資源日益缺乏所產(chǎn)生的矛盾，保證我國的國民經(jīng)濟(jì)健康的發(fā)展。
　　利用海洋資源需要研發(fā)先進(jìn)的海洋探測設(shè)備，能夠在海底探測更長的時(shí)間，潛入更深，在海底能夠完成各種高難度的作業(yè)。因此，要設(shè)計(jì)出更先進(jìn)的深海載人潛水器需要許多先進(jìn)材料、先進(jìn)工藝和先進(jìn)技術(shù)。然而最重要的是，深海載人潛水器在海底順利

2、完成科研任務(wù)條件是整個(gè)設(shè)備具有非常高的安全可靠性。其中，開口結(jié)構(gòu)是影響深海載人潛水器密封性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的重要因素之一。主要的大的開口結(jié)構(gòu)分為兩種：一種是供科研人員進(jìn)出的水密門，一種是觀測用的觀察窗。深潛器觀察窗的材料為有機(jī)玻璃PMMA，窗座是由鈦合金制成的。本文的主要研究對象是在高壓作用下，觀察窗應(yīng)力、軸向位移、有機(jī)玻璃的變形規(guī)律、接觸壓應(yīng)力、摩擦應(yīng)力和蠕變，以及對載人部分做了模態(tài)分析，保證觀察窗結(jié)構(gòu)在工作過程中的安全可靠。
　　以

3、深海載人潛水器重要開口結(jié)構(gòu)之一的主觀察窗做為研究對象，基于彈塑性的理論，研究施加靜態(tài)載荷時(shí)，有機(jī)玻璃的變形情況及其特點(diǎn)。利用有限元軟件，對觀察窗進(jìn)行模擬，探討相同摩擦系數(shù)、不同壓力下，接觸面上各點(diǎn)的軸向位移、對稱軸上各點(diǎn)的軸向位移隨有機(jī)玻璃軸向深度的增加的變化趨勢。從而得出觀察窗有機(jī)玻璃的變形規(guī)律。對接觸面上的摩擦系數(shù)進(jìn)行分段設(shè)置，經(jīng)過對比，選擇合適的建模方式，然后設(shè)置不同摩擦系數(shù)，研究不同摩擦系數(shù)對力學(xué)性能的影響?？紤]到深潛器觀察窗使

4、用的材料為有機(jī)玻璃，其性能不同于金屬材料。在海水的高壓作用下隨著時(shí)間的推移，會(huì)產(chǎn)生蠕變變形，這種變形與外載荷大小、受壓時(shí)間、材料本身的特性等因素有關(guān)。本文初步探討了蠕變對觀察窗的影響，并進(jìn)行了有限元模擬，得出結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做對比，幾乎完全吻合，也驗(yàn)證了有限元軟件在分析有機(jī)玻璃的蠕變的可行性。在海底進(jìn)行科研工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，其頻率可能會(huì)引起整個(gè)潛水器的共振，引起耐壓球殼及觀察窗的變形，破壞其密封性，存在嚴(yán)重的安全隱患，利用