密封方式可分为静密封和动密封。两者的区别是如要密封的两个接触面之间有无相对位移。例如舱口盖在水下作业时始终保持关闭状态,所以舱口盖和耐压壳之间的密封属于静密封;又例如螺旋桨轴在工作时处于转动状态,所以轴和船体之间的密封属于动密封。
耐压壳的密封方式常为在需要密封的两个接触面之间嵌入垫片或其它辅助密封零部件。对这类密封零部件的要求为:强度高、弹性好。还需要在长时间受压后,材料的力学性能变化较小。即材料的松弛现象不明显。这一要求也相当重要。因为密封件正常工作通常需要结构对它施加一定的压力。一旦密封零部件的松弛超过一定程度,就不能再起到密封效果。对于失去密封效果的密封零部件必须进行更换。经常更换密封零部件对密封处结构和载人深潜器的使用都相当不利。
耐压壳通常采用橡胶O形密封圈。这类密封圈结构简单、价格便宜、密封效果好。是一种广泛使用的密封零部件。在使用O形密封圈时,需要接触面有凹槽,以便密封圈的固定。凹槽形状通常有:矩形、V形、半圆形、燕尾形、三角形等。其中,矩形凹槽是最常用的,因为它既适用于静密封,又适用于动密封。V形凹槽的摩擦较大,一般用于静密封。
1。4 本文研究的主要内容
耐压舱的强度和稳定性对于载人潜器的结构安全性非常重要,在设计耐压壳时必须首先对结构的强度和稳定性进行分析。由于耐压舱存在结构开孔和开孔加强结构,模型较为复杂,理论分析难以进行。所以常采用有限元分析软件对结构进行分析。本文将利用ANSYS有限元分析软件来分析耐压舱结构的强度和稳定性问题。
第一章 简述了论文研究的目的和意义,介绍了载人潜器的发展历史,并对载人潜器耐压舱的国内外研究现状进行了简单介绍;
第二章 介绍了载人潜器的相关理论公式,包括薄、厚球壳强度理论,球壳屈曲经典理论公式及其它用于分析球壳稳定性的理论、经验公式。并简单介绍了有限元分析中的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析方法;
第三章 建立了完整耐压舱的有限元模型。分析了完整耐压舱的强度和稳定性问题。对模型不同网格密度下的计算结果进行比较,证明本文采用的网格划分方法已经足够精确。并将计算结果与其它文献给出的计算值进行比较,以确保有限元分析结果的可靠性;文献综述
第四章 建立了带有结构开孔的耐压舱有限元模型。分析了其强度和稳定性问题。并将结果与第三章的完整耐压舱计算值进行比较,分析开孔对结构强度和稳定性的削弱;
第五章 在第三章和第四章结果的基础上,设计了3种具有代表性的加强结构。建立有限元模型并分析各方案的强度和稳定性。把3个结果进行了比较,对计算结构进行了详尽的分析。在计算和分析的基础上设计了加强效果更好的加强结构,并验证其对结构强度和稳定性的加强效果。
第二章 耐压壳相关理论
2。1 球壳强度理论
载人潜器耐压壳在深海中要承受相当大的海水压力。因此,结构强度是耐压壳最基本的问题。下面将依次介绍薄球壳强度理论和厚球壳强度理论。它们通常被应用在载人潜器耐压壳理论设计阶段。它们的计算结果可以为耐压壳厚度设计提供参考。
2。1。1 薄球壳强度理论
当球壳受到均匀压力时,球壳的平均压应力可以如下表示:
其中:P为外载荷;
R1为球壳外侧半径;
R2为球壳内侧半径。
当球壳半径远大于厚度时,公式(2-1)可简化为如下形式: