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隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和世界人口的不斷增加，人類消耗的自然資源也是越來(lái)越多，陸地上的可利用資源正在減少。為了生存和發(fā)展，人們開(kāi)始向海洋進(jìn)軍占地球表面積49%，最深可達(dá)11000m左右的國(guó)際深海和洋底區(qū)域蘊(yùn)藏著豐富的戰(zhàn)略金屬、能源和生物資源近20年來(lái)，美國(guó)、日本、法國(guó)和俄羅斯已發(fā)展了6000 m級(jí)深海載人潛水器，運(yùn)載科學(xué)家和工程技術(shù)人員精確地到達(dá)各種深海復(fù)雜環(huán)境，進(jìn)行高效的資源勘探科學(xué)考察和打撈作業(yè)20世紀(jì)90年代初，我國(guó)也相繼投入了大量的人力和物力進(jìn)行深海載人潛水器的研究，開(kāi)發(fā)載體框架是深海載人潛水器各分系統(tǒng)設(shè)備的安裝基礎(chǔ)，潛水器上的載人艙蓄電池、可棄壓載可調(diào)壓載水艙、高壓氣罐、浮力塊和輕外殼等都將固定在載體框架上，從而形成一艘具有良好水動(dòng)力性能的載人潛水器同時(shí)，載體框架也是深海載人潛水器布放、回收和甲板系固的主要承力結(jié)機(jī)。因此，載體框架的設(shè)計(jì)應(yīng)便于設(shè)備儀、浮力塊和輕外殼的安裝拆卸與維護(hù)，并有強(qiáng)度分析和剛度分析，以保證載人潛水器的布放和回收，以及在母船甲板上系固。在上述條件下，還應(yīng)使其重量盡可能小。
本研究總結(jié)和介紹了我國(guó)正在建造的深海載人潛水器載體框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和強(qiáng)度分析方法，并給出了載體框架的強(qiáng)度分析結(jié)果，為今后研制同類型產(chǎn)品提供參概為節(jié)省價(jià)格昂貴的浮力材料，提高深海載人潛水器的機(jī)動(dòng)性和靈活性，在保證足夠的強(qiáng)度和剛度的情況下，載體框架的重量應(yīng)盡可能小，即所選用的制造材料應(yīng)具有較高的比強(qiáng)度和比剛度。
常用潛水器結(jié)構(gòu)的制造材料為鈦合金、高強(qiáng)度鋼、鋁合金等，這些材料的比強(qiáng)度和比剛度如表所示。顯然，鈦合金的比強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高強(qiáng)度鋼和鋁合金，而其比剛度與高強(qiáng)度鋼和鋁合金相當(dāng)。此外，鈦合金還具有耐高溫、耐腐蝕(表面易產(chǎn)生致密的鈍態(tài)氧化膜)及良好的低溫韌性等特性，已廣泛應(yīng)用于深海載人潛水。所以，可以認(rèn)為鈦合金材料是加工制浩載體框架的理想材料在設(shè)計(jì)該深海載人潛水器之前，國(guó)內(nèi)并沒(méi)有研制大深度載人潛水器的參考經(jīng)驗(yàn)，國(guó)外公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)設(shè)計(jì)參考資料也極其稀少，因而載體框架結(jié)構(gòu)型式的確定，必須采取循序漸達(dá)不斷完善的過(guò)程這個(gè)過(guò)程體現(xiàn)在以下三個(gè)方案選擇過(guò)程中：結(jié)構(gòu)型式一(空間斜拉桿式工)，結(jié)構(gòu)型式二(平面斜拉式)和結(jié)構(gòu)型式三(最終結(jié)構(gòu)型式)。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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