深海耐压结构观察窗蠕变变形分析.pdf

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1、第14卷第5期2010年5月船舶力学JoumalofShipMech粕ic8VoI．14No．5May2010文章编号：1007-7294(20lO)05—052乒07深海耐压结构观察窗蠕变变形分析田常录1，胡勇2，刘道启3，崔维成2(1江南大学机械学院，江苏无锡214122；2中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082；3北京交通大学。北京100044)摘要：大深度耐压开口结构的设计问题是深海探测装备研制过程中的关键技术问题之一。作者曾针对深海耐压开口结构的受力变形、蠕变以及耐压壳体变形协调等问题进行了计算分析和试验研究，并给出了观察窗应力的理论计算方法。文中进一步从理论上给出观察窗变形

2、分析的计算方法和观察窗蠕变变形的计算公式。由此可对深海耐压开口壳体接触界面变形协调与水密技术进行理论方面的探索研究，为形成深海耐压开口结构优化设计的理论计算方法及相关技术标准的制定提供理论方面的支撑。关键词：深海载人潜水器；观察窗；蠕变计算中图分类号：U674．941文献标识码：ACreepanalysisondeep—seastructure’s订ewportwindowsTlANCh帆旷H。HUY0唱2。LlUD∞-qi3。cUlWe江ckn92(1Jiangn蛐uIlive玛ity，WII】【i214l22，ChiIla；2ChiIIashipscient如R嘲呲hcenter’Ⅵ懈

3、214082，ChiIIa；3BeijingJi∞tongUniversity，BeijiIlg100044，C妇m)A1)st翰ct：Human0ccupiedsphereisd伦keycompon阴tforde叩一目eaHum舳OccupiedVehicle(HOⅥ．111ledi侬culty0fhumanoccupiedspheredesi印isthelarge叩enings跗ch姻human∞cess叩eIliIIgandView讹dows叩eIling．vi洲wiIldo懈u叭auya陀lIladeofo唱anicgIa8s．IrItllisp印er’tIle8岫s，crelep

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5、lodisobtained．，11lisp印erc肌beused鹊a比ferencefbr8ucht)rpeofs眦ctl鹏de-8ign．Keywords：deep—seaHOV；诵ndaws；creep。tlleoretical肌alysisl引言载人球开口结构设计是深海载人潜水器结构设计的关键技术之一。文献【1】针对大深度载人潜水器的观察窗，采用计算分析和试验研究两种手段对大深

6、度潜水器观察窗的蠕变特性进行了研究。观察窗蠕变与受压时间、外载荷、观察窗与金属窗座的接触几何形式、接触面的润滑状态等因素均有关系。文献[2】针对大深度载人潜水器的观察窗，给出了观察窗的应力计算方法。本文基于文献【2】的应力计算方法，对潜水器观察窗的蠕变变形理论方面展开进一步的探索，并推导获得了观察窗受力变形的理论公式以及观察窗蠕变变形的计算公式。载人球开口结构主要有观察窗和人员出入舱口两种。对于“和谐号”，其载人球内直径2．1m，设有一只透光直径为200IIIm的主观察窗和两只透光直径为120mm的侧观察窗。主、侧观察窗都采用450锥体收稿日期：2009一12—13作者简介：田常录(196

7、3一)，男，博士，江南大学机械学院教授，博士生导师，E咖Iil：cltian63@163．com。第5期田常录等：深海耐压结构观察窗蠕变⋯527结构。观察窗的锥形面和窗座锥形面均进行了打磨处理，接触边界非常光滑，摩擦系数很小，约为芦．1。对于载人潜水器耐压结构，主要考虑其短期潜水后再次浮起的工况，此时观察窗与壳体接触界面变形协调与水密性能是设计者关心的。在此工况下，观察窗压力实验【I】表明，外压消除后，观察窗几乎能够恢复到初始位移状态。因而，可设观察窗体的蠕变为随时问变化的非线性弹性变形，可按非线性粘弹性变形进行分析。2有机玻璃和观察窗的蠕变试验结果2．1有机玻璃的蠕变变形观察窗的制造材料

8、为有机玻璃。有机玻璃材料是一种粘弹性体材料，在海水压力作用下会发生变形随时间增加现象，即蠕变现象。这种现象的特征是变形、应力与外力不再保持一一对应关系。对于粘弹性材料的本构关系常见的有M懿well模型、Kelvin模型、标准线性体模型、Burge璐模型、多元件模型等等。粘弹性模型中组成的元件增多，就能够更加准确地描述材料的实际特性，文献【3】通过系列试验数据得到在常温下有机玻璃蠕变的回归公式。2-g(考)=o．0368【