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潜水器耐压壳体结构设计研究

廖煜雷  庞永杰  张铁栋  
【摘要】:讨论如何对潜水器耐压壳体进行结构设计,研究了潜水器耐压壳体的高效、规范、通用化设计。通过对耐压壳体设计的理论分析和公式推导,将一般环肋圆柱形耐压壳及球形耐压壳的应力计算与检验公式、稳定性计算与检验公式化为设计量的函数或函数不等式。对各种使用要求、肋骨参数、材料参数和封头形式等因素进行综合考虑下,首先以质量最轻为评估标准给出初步设计方案。然后,对耐压壳体进行优化设计,综合考虑质量(Mass)、经济性(Economical)、材料利用率(Use ratio)、浮力因子(Buoyancy factor)等因素,确定耐压壳体优化设计的目标函数。以5种代表金属材料为例,选取广泛采用的圆柱形壳体和球形壳体形式,计算获得从潜深100m到10000m范围内的壳体优化设计目标函数曲线,定量的得到不同壳体形式在不同潜深下的最佳设计方案。从而找出壳体设计规律,实现耐压壳体结构的质量轻、经济性、结构效益、可靠等潜水器耐压壳体的优化目标。为新型潜水器的结构设计提供可靠的设计依据。最后,将设计结果与本实验室的某1000m实验潜水器、4000m实验潜水器相比较,分析验证设计结果正确性。

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