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万米水下滑翔机陶瓷耐压壳体设计研究
| 论文题名： | 万米水下滑翔机陶瓷耐压壳体设计研究 |
| 关键词： | 水下滑翔机;耐压壳体;径向等变形;泊松效应;结构设计 |
| 摘要： | 近年来，随着深渊探测技术瓶颈被逐步突破，深渊科学正成为国际地球科学尤其是海洋科学中蕴含重大突破的最新前沿领域，各种类型的潜水器也成为认识深渊了解深渊的得力工具。水下滑翔机依靠调节油囊体积实现升沉运动，具有成本低、续航能力强、观测范围广、可搭载多种传感器等优点，有望成为深渊科学观测的理想平台。但海斗深渊的超高压力也给万米水下滑翔机的耐压壳体带来了新的技术挑战。为此，本文对万米水下滑翔机的耐压壳体进行了设计研究，主要内容与成果如下： 针对本课题组已研制的万米水下滑翔机耐压壳体结构改进设计，通过理论计算和有限元仿真分析了现有陶瓷圆柱壳体径向变形不均匀问题，提出了陶瓷圆柱壳体径向等变形的设计方案；针对陶瓷圆柱壳体两端粘接结构泊松效应引起的圆柱壳体端面拉应力过大的问题，提出了改进措施。 结合陶瓷圆柱壳体径向等变形设计方案，按照长圆柱壳稳定性理论对陶瓷圆柱壳体进行了改进设计；在保证强度和稳定性的条件下对连接肋环进行了减重设计；采用有限元仿真对改进后结构的密封性能进行了分析和验证；按照外压球壳稳定性理论和厚球壳理论，对耐压壳体的半球端盖进行了减重设计。 采用有限元仿真分析验证了改进后陶瓷圆柱壳体在深渊超高压力下的稳定性；对比了改进前后圆柱壳体舱段的径向变形量，改进后的圆柱舱段基本实现了径向等变形。按照提出的粘接结构改进方案，改进后的陶瓷圆柱壳体端面拉应力显著降低。考虑万米剖面海水密度变化和耐压壳体压缩量，分析了改进前后耐压壳体的净浮力变化，由于陶瓷圆柱壳体厚度增大引起耐压壳体整体重量增加，导致改进后耐压壳体的净浮力比改进前略小。改进设计显著改善了陶瓷圆柱壳体受力条件，使陶瓷圆柱壳体能够在外压下实现准均匀变形，同时降低了陶瓷圆柱壳体端面的拉应力，能够有效地延长耐压壳体的使用寿命。 |
| 作者： | 刘晓东 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张连洪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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