亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        大深度潛水器浮力構(gòu)件的安裝設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)

        2021-09-18 08:36:08莊廣膠葛彤
        艦船科學(xué)技術(shù) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:碟簧潛水器浮力

        莊廣膠,夏?,葛彤

        (上海交通大學(xué) 海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200240)

        0 引言

        目前大深度潛水器的浮力構(gòu)件主要選用環(huán)氧基空心玻璃微珠復(fù)合固體浮力材料制作[1–5]。潛水器的浮力構(gòu)件通常安裝在主結(jié)構(gòu)上,潛水器的主結(jié)構(gòu)一般采用鋁合金、鈦合金和部分不銹鋼制造[6],金屬材料的體積彈性模量均比環(huán)氧基空心玻璃微珠復(fù)合固體浮力材料高數(shù)十甚至上百倍。在大深度海水壓力下,浮力構(gòu)件的收縮變形遠(yuǎn)大于潛水器主結(jié)構(gòu)收縮變形,如果浮力構(gòu)件安裝未能合理設(shè)計(jì),輕則出現(xiàn)在大深度水壓下潛水器浮力構(gòu)件安裝松動(dòng),重則出現(xiàn)浮力構(gòu)件因安裝引發(fā)的應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致開(kāi)裂。中國(guó)在“十二五”和“十三五”計(jì)劃中布局多項(xiàng)深海潛水器,國(guó)內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)也開(kāi)展了大深度潛水器的研制工作,研究大深度潛水器的浮力構(gòu)件安裝設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的工程意義。

        1 問(wèn)題的分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

        1.1 早期潛水器浮力構(gòu)件的安裝

        早期潛水器浮力構(gòu)件的安裝,采用雙頭螺桿與潛水器框架結(jié)構(gòu)相連接,并具有防松功能,如圖1 所示[7]。圖1的浮力構(gòu)件安裝方法在因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在水深較淺的潛水器上廣泛應(yīng)用。在大深度潛水器上,由于更大的海水壓力,使浮力構(gòu)件的收縮變形量凸顯,而浮力構(gòu)件的安裝結(jié)構(gòu)則因?yàn)轶w積彈性模量大、壓縮變形量小,使浮力構(gòu)件該種安裝方法存在連接松弛的隱患。

        圖1 采用雙頭螺桿安裝浮力構(gòu)件Fig.1 Installation of buoyancy components with double end stud

        1.2 體積彈性模量的分析與測(cè)試

        體積彈性模量K也稱體變模量,反映材料的可壓縮性。對(duì)于常見(jiàn)的固體材料,工程材料手冊(cè)會(huì)提供彈性模量E和泊松比μ的參數(shù),但不會(huì)提供體積彈性模量K的參數(shù),但三者之間存在換算關(guān)系,如下式:

        潛水器主結(jié)構(gòu)常用金屬材料的彈性模量、泊松比及計(jì)算所得體積彈性模量如表1 所示。

        表1 潛水器主結(jié)構(gòu)常用金屬材料的體積彈性模量Tab.1 Bulk modulus of metal materials commonly used in main structure of submersible

        大深度浮力材料作為一種特殊用途材料,國(guó)外僅有數(shù)家公司有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品供貨,國(guó)內(nèi)仍處于研究試制狀態(tài)。因此浮力材質(zhì)的彈性模量相關(guān)參數(shù)僅通過(guò)查閱標(biāo)準(zhǔn)和廠家提供數(shù)值,難以獲取可信度高的參數(shù)。陳先等[8]提出了一種浮力材料體積彈性模量測(cè)量裝置,通過(guò)測(cè)量對(duì)壓力桶加壓液壓缸的體積測(cè)量浮力材料體積彈性模量。該方法是通過(guò)間接量測(cè)量,液體介質(zhì)體積彈性模量變化、液體介質(zhì)的泄漏均會(huì)影響測(cè)量精度。本文設(shè)計(jì)一套浮力材料體積彈性模量測(cè)試裝置,如圖2 所示,用高精度位移傳感器直接測(cè)量浮力材料試棒在壓力環(huán)境下的尺寸變化。浮力材料雖然是復(fù)合材料,但各向同性,通過(guò)尺寸變化可直接計(jì)算出其體積變化,從而獲得準(zhǔn)確的體積彈性模量參數(shù)。計(jì)算方法如下式:

        圖2 體積彈性模量測(cè)試裝置Fig.2 Bulk modulus testing equipment

        使用本文所述浮力材料體積彈性測(cè)量裝置測(cè)得國(guó)內(nèi)外數(shù)個(gè)型號(hào)浮力材料體積彈性模量數(shù)值,如表2 所示。

        表2 浮力材料體積彈性模量測(cè)量值Tab.2 Measurement of bulk modulus of buoyancy materials

        由表2 可知,測(cè)試的4 種浮力材料,體積彈性模量參數(shù)均小于3 GPa,遠(yuǎn)小于表1 中潛水器主結(jié)構(gòu)常用金屬材料的體積彈性模量。

        1.3 優(yōu)化的浮力構(gòu)件安裝方法

        針對(duì)浮力構(gòu)件在大深度海水中收縮變形問(wèn)題,提出一種具有尺寸變化補(bǔ)償能力的浮力構(gòu)件安裝方案(見(jiàn)圖3)。在雙頭螺桿安裝浮力構(gòu)件的基礎(chǔ)上,增加了位移補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。位移補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由碟簧組和導(dǎo)向柱組成。在潛水器入水前,碟簧組處于圖3 左側(cè)狀態(tài),當(dāng)潛水器下潛到深海時(shí),浮力構(gòu)件受海水壓力尺寸變小,碟簧組伸長(zhǎng)、補(bǔ)償浮力構(gòu)件的高度變化,從而使浮力構(gòu)件穩(wěn)定的連接在潛水器結(jié)構(gòu)上。

        圖3 采用位移補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的浮力構(gòu)件安裝結(jié)構(gòu)Fig.3 Installation structure of buoyancy components with displacement compensation mechanism

        潛水器浮力構(gòu)件按照安裝形式一般分為3 種。正裝,浮力構(gòu)件安裝在結(jié)構(gòu)上方,通過(guò)螺桿連接到下方結(jié)構(gòu)上;吊裝,浮力構(gòu)件安裝在結(jié)構(gòu)下方,通過(guò)螺桿吊裝到上方結(jié)構(gòu)上;側(cè)面安裝,浮力構(gòu)件通過(guò)螺桿側(cè)向連接到結(jié)構(gòu)上。圖4(c)中示意的浮力構(gòu)件安裝形式中,應(yīng)特別注意使浮力構(gòu)件有較大尺寸插入結(jié)構(gòu)中,避免通過(guò)雙頭螺桿的剪切作用抵抗浮力構(gòu)件的重力或浮力。

        圖4 浮力構(gòu)件的安裝形式Fig.4 Installation form of buoyancy components

        2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及計(jì)算過(guò)程

        以全海深A(yù)RV 配套中繼器的浮力構(gòu)件作為安裝設(shè)計(jì)對(duì)象,給出設(shè)計(jì)校核準(zhǔn)則和計(jì)算過(guò)程。

        2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

        任何工況下,浮力構(gòu)件所受到的安裝、水壓等各種應(yīng)力總和不超過(guò)浮力構(gòu)件的單軸壓縮強(qiáng)度。

        1)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一

        近水面布放回收工況,按照潛水器設(shè)計(jì)作業(yè)海況,依據(jù)勞氏船級(jí)社給出的動(dòng)載系[9]校核浮力材料受力是否超過(guò)其許用壓應(yīng)力。圖4(a)和圖4(c)的結(jié)構(gòu)不必做該項(xiàng)校核,圖4(b)的結(jié)構(gòu)浮力構(gòu)件通過(guò)雙頭螺桿吊裝的,起吊時(shí)動(dòng)載系數(shù)直接影響了浮力構(gòu)件的受力,需校核下部與浮力構(gòu)件接觸的大墊片與浮力構(gòu)件之間的接觸應(yīng)力,要求不大于浮力材料許用單軸壓縮強(qiáng)度。中繼器浮力構(gòu)件采用的圖4(a)的布置形式,不必做該項(xiàng)校核。

        2)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二

        最大深度工作工況,浮力構(gòu)件和與之接觸的大墊片之間的擠壓應(yīng)力加上海水壓力不大于浮力材料許用單軸壓縮強(qiáng)度??紤]到潛水器劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度及水流作用,安裝力需要超過(guò)浮力構(gòu)件凈浮力的至少2 倍。

        2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程

        中繼器浮力構(gòu)件原材料性能及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。

        表3 浮力材料參數(shù)表Tab.3 Parameter table of buoyancy materials

        2.2.1 浮力構(gòu)件尺寸變化計(jì)算

        中繼器上某浮力構(gòu)件安裝高度L=430 mm,在6 000 m工作深度,該高度變化為 ΔL。由式(4)變換得:

        計(jì)算得ΔL=3.69 mm。

        2.2.2 碟簧的選型

        碟簧相關(guān)參數(shù)如表4 所示。

        表4 碟簧組參數(shù)表Tab.4 Parameter table of disc spring group

        由于單個(gè)碟簧變形量較小,不能滿足浮力構(gòu)件位于補(bǔ)償需求,需要將碟簧串聯(lián)使用。碟簧串聯(lián)數(shù)量計(jì)算如下:

        碟簧工作區(qū)間選擇變形量20%~60%段,該區(qū)間段單個(gè)碟簧變形量為:

        計(jì)算得Δh=0.236 mm。

        浮力構(gòu)件安裝高度方向位移變化 ΔL,需要的碟簧數(shù)量n為:

        計(jì)算得n=15.7,圓整并放余量選擇n=20。

        2.2.3 校核反推碟簧工作區(qū)間

        碟簧組自由高度

        碟簧組預(yù)緊安裝高度(60%壓并量)

        計(jì)算得Ha=45.3 mm。

        碟簧組60%壓并量時(shí)彈力Fa=5 838 N,與浮力構(gòu)件接觸的大墊片面積S=3 042 mm2。

        接觸壓強(qiáng)為:

        Pa小于 σc,浮力構(gòu)件在該校核工況下安全。

        2.2.4 最大工作深度工況校核

        碟簧組工作高度為:

        對(duì)應(yīng)單個(gè)碟簧高度2.45 mm,此時(shí)彈簧壓縮量百分比28.35%,通過(guò)查找該彈簧工作曲線,得出彈力Fc=2 824 N。該塊浮力構(gòu)件由4 根相同的雙頭螺桿安裝固定。

        接觸壓強(qiáng)為:

        浮力構(gòu)件在該工況下安全。

        3 實(shí) 驗(yàn)

        浮力構(gòu)件制成后,利用深海環(huán)境模擬器開(kāi)展耐壓測(cè)試,使用槽鋼模擬潛水器主結(jié)構(gòu),將浮力構(gòu)件按照施工設(shè)計(jì)參數(shù)安裝在模擬結(jié)構(gòu)上。經(jīng)過(guò)62 MPa、24 h的靜水壓測(cè)試,浮力構(gòu)件外觀無(wú)缺陷,安裝相關(guān)區(qū)域無(wú)損傷,驗(yàn)證了該浮力構(gòu)件的安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是成功的。

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文提出的大深度潛水器浮力構(gòu)件安裝設(shè)計(jì)方法在海龍III 型ROV 上得到了很好的驗(yàn)證,在全海深A(yù)RV 配套中繼器上開(kāi)展了更為細(xì)致的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn),證明了該設(shè)計(jì)方法的正確性。相對(duì)于機(jī)動(dòng)能力弱的載人潛水器和AUV(Autonomous Underwater Vehicle),ROV 在潛水器家族屬于功率大、機(jī)動(dòng)能力較強(qiáng)的潛水器,在如此嚴(yán)酷的工況下,浮力構(gòu)件的安裝設(shè)計(jì)得到了考證,說(shuō)明該方法完全可以滿足設(shè)計(jì)使用要求,為大深度潛水器浮力構(gòu)件的安裝設(shè)計(jì)提供參照。

        猜你喜歡
        碟簧潛水器浮力
        內(nèi)爆是如何發(fā)生的
        “浮力”知識(shí)鞏固
        我們一起來(lái)“制服”浮力
        浮力大小由誰(shuí)定
        碟簧裝置恢復(fù)力模型及其在自復(fù)位RC剪力墻中的應(yīng)用
        基于ANSYS對(duì)液壓-卡扎里密封頂緊器碟簧組設(shè)計(jì)及有限元分析
        《無(wú)人潛水器檢驗(yàn)指南》將于2019年7月1日生效
        用于鎖緊液壓缸的錐面-碟簧載荷-變形特性分析
        碟形彈簧彈塑性有限元分析研究
        我國(guó)首艘載人潛水器支持母船“深海一號(hào)”在武船開(kāi)工
        在线播放亚洲丝袜美腿| 日本一区二区三区清视频| 亚洲天堂在线播放| 亚洲av成人av三上悠亚| 青草青草久热精品视频国产4| 亚洲码国产精品高潮在线 | 亚洲熟女乱色综合亚洲图片| 中文字幕亚洲乱码熟女1区| 亚洲福利第一页在线观看| 亚洲中文字幕无码中字| 不卡一卡二卡三乱码免费网站| 日韩一区三区av在线| 国产精品高清视亚洲乱码有限公司| 久久精品日本不卡91| 国产精品毛片无码久久| 东北老女人高潮大喊舒服死了| 亚洲国产综合在线亚洲区亚洲av| 国产精品无码mv在线观看| 青青草原综合久久大伊人| 日出白浆视频在线播放| 人妻熟女中文字幕在线视频| 免费国产在线精品一区二区三区免| 国产品精品久久久久中文| 国产免费又色又爽又黄软件| 亚洲a∨无码一区二区三区| 操风骚人妻沉沦中文字幕| 亚洲中文字幕第一第二页| 人妻丰满熟妇av一区二区| 免费无码又黄又爽又刺激| 中文字幕亚洲精品久久| 一区=区三区国产视频| 国产一区二区三区免费在线视频| 久久精品成人欧美大片| 天天躁日日躁狠狠躁| 国产免费三级av在线| 在线小黄片视频免费播放| 亚洲老熟妇愉情magnet| 伊人久久大香线蕉免费视频| 成人爽a毛片在线视频| 精品免费国产一区二区三区四区| 风流熟女一区二区三区|