【摘 要】
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海洋深渊是迄今为止地球上最不为人类认知的世界,深渊科学为此而生并成为当前海洋科学研究热点之一。深渊观测是深渊科学研究的基础。全海深水下滑翔机能耗低、工作时间长、造价低,有望成为深渊科学观测的理想平台。深渊环境下,水下滑翔机要承受100 MPa以上的超高压力,对水下滑翔机技术系统,尤其是耐压舱单元,提出了更高要求和挑战。为此,本文针对全海深水下滑翔机耐压舱选材、结构形式、连接结构等进行了设计研究,为
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海洋深渊是迄今为止地球上最不为人类认知的世界,深渊科学为此而生并成为当前海洋科学研究热点之一。深渊观测是深渊科学研究的基础。全海深水下滑翔机能耗低、工作时间长、造价低,有望成为深渊科学观测的理想平台。深渊环境下,水下滑翔机要承受100 MPa以上的超高压力,对水下滑翔机技术系统,尤其是耐压舱单元,提出了更高要求和挑战。为此,本文针对全海深水下滑翔机耐压舱选材、结构形式、连接结构等进行了设计研究,为全海深水下滑翔机提供满足技术要求的耐压舱。基于材料比模量、比强度分析,确定了碳化硅陶瓷作为耐压舱圆柱壳体材料,以及碳化硅陶瓷圆柱壳体与半球形铝合金封头装配密封的耐压舱整体结构形式;依据结构稳定性准则和强度准则,以及耐压舱容积和净浮力要求,设计了碳化硅陶瓷圆柱壳体、铝合金封头、铝合金连接件和钛合金转接环等耐压舱零件。建立了耐压舱有限元模型,分析校核了耐压舱各结构件的强度、刚度和稳定性;根据钛合金转接环端面轴向承载力特点,对其结构进行了改进;考虑泊松效应,对垫片与圆柱壳体联接方式进行了改进;依据转接环与陶瓷圆柱壳体端面间垫片与柱面间胶接胶层的变形协调关系,提出了U型粘接结构垫片厚度与胶层厚度的设计模型,设计了胶接结构;对设计试制的耐压舱进行了105 MPa耐压测试,结果表明,耐压舱满足耐压、密封等设计要求。上述成果为全海深水下滑翔机研制打下了基础。所提出的端面垫片厚度与侧面胶层厚度设计模型,也可用于其它胶接结构设计,丰富了胶接结构设计理论。
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