王浩杰++崔志健++王向東

摘 要：根據(jù)需要確定耐壓艙的總體結(jié)構(gòu)，并提出設(shè)計(jì)要求。對(duì)比三個(gè)不同材料的特性，計(jì)算在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求條件下對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，選擇最適宜的材料。根據(jù)艙體結(jié)構(gòu)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行水密設(shè)計(jì)。在計(jì)算出結(jié)構(gòu)參數(shù)后，通過(guò)三維軟件建立三維模型，并對(duì)模型進(jìn)行強(qiáng)度仿真試驗(yàn)。同時(shí)，在耐壓艙加工完成后進(jìn)行了水靜壓試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出，艙體強(qiáng)度和水密性均能滿(mǎn)足要求，艙體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

關(guān)鍵詞：耐壓艙；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度設(shè)計(jì)；水密設(shè)計(jì)；仿真與試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U662 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）13-0048-02

海洋儀器耐壓結(jié)構(gòu)的主要功能是承受水下高壓，保證整個(gè)儀器能在高壓環(huán)境中正常工作。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是耐壓儀器最需要考慮的問(wèn)題，包括高壓環(huán)境下的整體屈服強(qiáng)度、局部強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及長(zhǎng)久工作需要考慮的疲勞強(qiáng)度等[1]。同時(shí)，還必須考慮水密問(wèn)題，少量的海水滲漏都會(huì)給儀器帶來(lái)致命的影響。另外，海水的腐蝕性極強(qiáng)，是儀器設(shè)計(jì)不得不考慮的內(nèi)容。想要儀器長(zhǎng)期有效工作，必須要有很好的耐腐蝕能力，因此對(duì)材料的選擇提出了限制。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

儀器艙主要分為三部分：前部端蓋，中部艙筒和尾部端蓋。因?yàn)榍安慷松w的結(jié)構(gòu)更適合抗壓，因此強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要考慮艙筒和尾部端蓋的強(qiáng)度失效及艙體的失穩(wěn)。圖1為耐壓艙結(jié)構(gòu)示意圖。

儀器艙應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足以下要求：（1）設(shè)計(jì)壓力60MPa，安全系數(shù)S=1.3；（2）設(shè)計(jì)圓筒內(nèi)部有效長(zhǎng)度為500mm，內(nèi)徑為85mm；（3）密封性能良好。

4 仿真與試驗(yàn)

采用SolidWorks建立耐壓艙三維模型，簡(jiǎn)化后進(jìn)行應(yīng)力分析。通過(guò)尾部固定，外表面施壓，壓力為60MPa。劃分網(wǎng)格后對(duì)模型進(jìn)行求解[7]，得到結(jié)果的應(yīng)力分布如圖3。

從應(yīng)力分布圖中可以看出，耐壓艙受壓時(shí)最大應(yīng)力出現(xiàn)在尾部端蓋中間位置。在60MPa壓力下尾部端蓋上最大應(yīng)力為249MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料屈服強(qiáng)度，安全系數(shù)S>2。

同時(shí)，還對(duì)耐壓艙進(jìn)行了水靜壓試驗(yàn)。在78MPa模擬環(huán)境下靜置2小時(shí)，未出現(xiàn)強(qiáng)度破壞和水滲漏。該結(jié)構(gòu)能滿(mǎn)足強(qiáng)度和水密要求。對(duì)材料進(jìn)行表面處理后能滿(mǎn)足耐腐蝕的要求。

參考文獻(xiàn)

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