轻载作业型载人潜水器耐压球壳设计

耐压球壳是载人潜水器的关键部件,对于载人潜水器的安全性、总体性能等诸多方面均有重要的影响。针对轻载作业型HOV耐压球壳的设计,确定了壳体材料、结构形式和主要尺度,完成了基于规范的耐压球壳强度校核和稳定性分析,设计了开孔加强结构,完成了基于有限元耐压球壳模型强度校核。最后,在考虑了材料非线性、初始缺陷等因素的基础上,采用弧长法完成了耐压球壳的稳定性分析。结果表明耐压球壳的设计方案满足规范要求,为深水轻载作业型载人潜水器耐压球壳的设计提供了参考。     

初始缺陷对深海载人潜水器耐压球壳塑性稳定性影响

载人深潜器耐压球壳是中厚度壳结构,当结构发生失稳时,球壳结构的局部部位因为材料达到屈服极限而发生了塑性变形.将有限元分析与经典理论相结合,研究弹性屈曲模态缺陷、局部缺陷以及球壳整体圆度和厚度偏差对中厚度球壳结构的塑性稳定性的影响.计算结果表明中厚度球壳结构对初始缺陷并不很敏感,对球壳结构当局部缺陷范围刚好达到临界弧长时结构的承载力最弱.通过缺陷结构和完善结构的极限承载力比较,提供了初始缺陷影响曲线.     

深水滑翔机器人耐压壳体结构优化设计

针对深水滑翔机器人耐压壳体在深水中压缩变形和海水密度随水深增大而变化等因素造成驱动浮力变化问题,利用压缩变形和密度变化对驱动浮力影响的互补特性,归纳了载体耐压壳体结构优化设计方法.保证耐压壳体抗压条件和质量最小前提下采用结构优化设计方法,降低耐压壳体压缩变形和海水密度变化对驱动浮力的影响,提高系统能源的利用率.     

深海无人遥控潜水器耐压电子舱结构设计与分析

研究深海无人遥控潜水器(ROV)耐压电子舱结构设计中涉及的力学分析技术。利用有限元数值分析方法校核耐压电子舱在深水条件下的强度、刚度与稳定性。根据深海耐压电子舱受力特点,优化其结构形式和尺寸,获得最优结构拓扑构型。对于耐压电子舱上下壳体接合面间接触问题,将非线性接触分析和简化分析法的计算结果进行比较。探讨加工误差与初始缺陷对耐压电子舱力学性能的影响。计算结果表明,耐压电子舱结构优选设计方案满足力学性能和重量要求,并且对加工误差与初始缺陷的影响不十分敏感。     

载人潜水器发展现状及趋势研究

随着我国综合国力的提升和战略安全环境及新空间的需求,习总书记提出了“海洋强国”的战略目标及深海进入、深海探测、深海开发的发展三部曲战略构想。海洋强国的发展离不开大型运载装备的进步,载人潜水器不仅对资源调查与科学研究做过杰出的贡献,而且在军事界领域也产生过深远的的影响。本文对国内外载人潜水器的应用发展现状进行了重点研究,对世界范围内重型深海载人潜水器及轻型中浅海载人潜水器的应用进展现状进行了全面调研研究,同时介绍了我国蛟龙号、深海勇士号等载人潜水器应用发展情况,也对世界范围内载人潜水器的技术性能和应用情况进行了分析对比,在此基础上,展望了载人潜水器的发展趋势,并讨论了潜水器装备的未来技术进展。     

深海潜器耐压圆柱壳结构计算和校核方法研究

文中比较了中美两国潜器规范中各特征量的计算方法和校核准则,分析了异同点,并给出数值算例。针对潜器特性,对目前我国潜器规范中可能需要修改的地方进行了初步分析。     

深海载人潜水器潜航员岗位要求研究

深海载人潜水器潜航员是国家载人深潜工程的重要战略性人才,针对潜航员这一特殊岗位特点,从思想素质与职业兴趣、专业基础与综合技能、心理素质与身体机能等三个方面开展分析,结合国外潜航员队伍选拔与应用现状以及国内相关领域专家调查结果进行研究,能够明确潜航员岗位的具体要求与人才培养方向,对我国潜航员队伍的科学选拔、科学培养、科学管理具有重要意义。     

载人潜器耐压球壳参数化设计与稳定性分析

载人潜器耐压球壳设计的关键是稳定性分析,在针对CATIA进行了二次开发的基础上,实现了CATIA软件参数化模型与有限元分析软件ABAQUS之间的通信,采用ABAQUS中的python语言编程实现了对变参数模型的自动分网,采用惯性释放进行了边界设置,在研究了基于弧长法的稳定性求解方法的基础上,选取MT-1模型进行了稳定性求解方法的有效性验证,最后将参数化设计及稳定性求解方法应用到实际设计中,提高了耐压球壳设计效率。     

载人潜水器运行管理考核评价体系构建研究

为对载人潜水器运行管理工作进行科学考核评价,保障重大深海装备安全高效运行,文章以“蛟龙”号载人潜水器为例,分析研究了“蛟龙”号载人潜水器的运行管理特点,针对我国科技管理体制和“蛟龙”号载人潜水器的管理技术要求,在结合“蛟龙”号载人潜水器海试与试验性应用实际工作的基础上,建立了科学合理、具备可操作性的考核评价体系。通过在“蛟龙”号载人潜水器运行管理工作中的试应用,充分证明该体系建设方法的有效性,值得在载人无人潜水器等重大装备管理中推广应用。     

自适应LQR方法在载人潜水器动力定位中的应用研究

根据我国正在研制开发的某深海载人潜水器的特性及其对载人潜水器动力定位控制的要求,采用最优控制方法LQR与递推辨识系统参数相结合的方法———自适应LQR方法进行控制。仿真结果表明这种方法具有良好的控制效果。     

耐压柱壳参数化设计与灵敏度分析

为提高耐压柱壳设计效率,设计了耐压柱壳参数化分析流程。研究了有限元分析所涉及的材料属性、载荷施加、边界条件设置等内容,确定了采用弧长法分析耐压柱壳稳定性。利用Python语言对于ABAQUS软件进行了二次开发,利用Isight软件实现了ABAQUS的集成,实现了耐压柱壳有限元分析模型的网格自动划分、自动分析计算等。选择样本点进行参数化分析,利用响应面模型对于样本点进行了拟合,得到了具有较高拟合精度、满足工程需要的近似模型,进行了设计变量的灵敏度分析。研究结果表明:参数化分析流程可实现耐压柱壳的自动分析、近似模型及灵敏度分析,可降低耐压柱壳分析难度,均可提高耐压柱壳设计效率。     

Vibration and Acoustic Radiation from Orthogonally Stiffened Infinite Circular Cylindrical Shells in Water

Based on the motion differential equations of vibration and acoustic coupling system for thin elastic shells with ribs, by means of the Fourier integral transformation and the Fourier inverse transformation, as well as the stationary phase method, an analytic solution, which has satisfying computational effectiveness and precision, is derived for the solution to the vibration and acouslic radiation from a submerged stiffened infinite circular cylinder with both ring and axial ribs. It is easy to analyze the effect of stiffening supports in the acoustic radiation field by use of the formulas obtained by the pre-sented method and corresponding numerical computation. It is shown that the axial-stiffeners can improve the mechanical and acoustical characteristics. Moreover, the present method can be used to study the acoustic radiation mechanism of the type of structure.     

Dynamic Buckling of Elasto-Plastic Cylindrical Shells Under Axial Fluid-Solid Impact Load

- The dynamic buckling of elasto-plastic cylindrical shells under axial fluid-solid impact is investigated theoretically. A simplified liquid- gas- structure model is given to approximately imitate the problem. The basic equation of the structure is derived from a minimum principle in dynamics of elasto-plastic continua at finite deformation, and the flow theory of plasticity is employed. The liquid is incompressible and the gas is compressed adiabatically. A number of numerical results are presented and the characteristics of the buckling behavior under fluid-solid impact are illustrated.     

载人潜水器运行管理机制探析

为了探索深海,不同类型的深海运载装备得以成功开发,并应用于深海科学、资源勘探开发、工程保障及战略安全等不同领域。深海运载装备可以分为载人潜水器(HOV)、遥控深潜器(ROV)、自治式深潜器(AUV)及混合型深潜器,其中以载人潜水器为代表的高技术装备群成为建设海洋强国的重要保障力量。文章对美国"阿尔文"号、俄罗斯"和平I"号和"和平II"号、日本"深海6500"号、法国"鹦鹉螺"号、中国"蛟龙"号载人潜水器运行管理机制进行了阐述,综合比较其优缺点,提出了建立职业化运行保障队伍、优化作业流程,创新组织结构、探索多型潜水器海上作业模式等运行管理机制构架的建议。     

Postbuckling of Imperfect Stiffened Cylindrical Shells Under Combined External Liquid Pressure and Axial Compression

- posthuckling analysis is presented for the stilTened cylindrical shell of finite length subjected to combined loading of external liquid pressure and axial compression. The formulations are based on a boundary layer theory of shell buckling, which includes the effects of nonlinear prebuckling deformations, nonlinear large deflections in the postbuckling range and initial geometrical imperfections of the shell. The "smeared stifl'cner" approach is adopted for the stiffencrs. In the analysis a singular perturbation technique is used (o determine the interactive buckling loads and the postbuckling paths. Numerical examples cover the performance of perfect and imperfect, stringer and ring stiffened cylindrical shells. Typical results arc presented in the dimcnsionless graphical form.     

单点系泊潜标系统动力学建模与姿态分析

通过对单点系泊潜标进行动力学分析,利用集中质量法建立系统的动力学模型,编制Matlab仿真程序,通过数值模拟获取不同海流条件下,分析潜标系统的姿态。文中将一个典型潜标系统的浮球、锚链、重力锚等部件,利用集中质量法简化为节点,通过模拟真实环境中的海流流速在垂直方向的分布,设计1～5 m/s的流速剖面分布。将节点的物理参数和海流参数代入仿真程序中,得到各节点的姿态、节点间张力以及重力锚与海底摩擦力等数据。分析仿真结果,海流流速与节点的偏降、节点间的张力以及重力锚与海底的摩擦力成正比,仿真结果与实际情况相符。文中设计的建模方法和仿真程序可以为单点系泊潜标的总体设计、姿态估算、锚系配置提供工程参考。     

一种基于改进蚁群算法的载人潜水器全局路径规划

当前关于使用蚁群算法解决载人潜水器路径规划问题的研究,往往只注重路径的长度和算法收敛速度,容易忽略路径点与障碍物之间的距离和路径的平滑度等要素。载人潜水器过于靠近障碍物航行时容易产生碰撞;按照不平滑路径行驶时,频繁地转向会降低航行效率。为解决这些问题,受人工势场法启发,文中在蚁群算法的概率选择环节引入障碍物惩罚因子φ和转向惩罚因子ψ,对路径点的选择加以限制。仿真测试表明,相比于传统蚁群算法和Dijkstra算法,该算法规划的路径与障碍物之间保持安全距离且转向次数更少,因此载人潜水器按照此路径航行时,安全性和航行效率更高。     

水下加筋圆柱壳结构声散射特性研究

采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对水下加筋圆柱壳结构的声散射特性进行分析。考虑入射声场激发弹性结构振动产生二次辐射声场,总声场为入射场与散射场之和。基于Mindlin理论建立结构受迫振动的有限元模型,考虑入射声场为简谐激励,采用模态叠加法求出结构振动表面速度。根据声学边界元相关理论,利用有限元方法计算得出的弹性结构表面动力相应,可求出弹性结构的散射声场。研究结果表明,在同一波数下,不加筋结构后向散射强于加筋结构;加筋结构的散射指向性图案分叉较为明显;同种结构在波数增加的时候后向散射强度逐渐增大,前向散射强度逐渐减弱。