一种潜水器耐压壳制造技术

本发明专利技术公开了一种对初始缺陷不敏感且承压能力高的潜水器耐压壳，包括外表面由曲线

A submersible pressure hull

The invention discloses a submersible pressure hull which is insensitive to initial defects and has high pressure bearing capacity, including an outer surface and a curve

【技术实现步骤摘要】
一种潜水器耐压壳
本专利技术涉及一种潜水器耐压壳。
技术介绍
作为潜水器的重要组成部分，耐压壳体起着保障下潜过程中内部设备正常工作的作用，其重量占潜水器总重的1/4-1/2；为潜水器提供浮力，有利于潜水器的上潜。耐压壳体是承受静水压力的薄壳结构，要求具有良好的力学特性、流体力学特性，以提升潜水器的安全性、载运能力、机动性和下潜时间等性能。现役的耐压壳体多为圆球形结构，但是圆球形壳存在如下问题：(1)圆球形耐压壳对初始几何缺陷非常敏感，需严格控制球壳加工精度；(2)圆球形耐压壳的曲率处处相等，导致失稳位置未知。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种对初始缺陷不敏感且承压能力高的潜水器耐压壳。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种潜水器耐压壳，包括外表面由曲线绕x轴360°旋转得出的等厚壳体，其中壳体形状参数a根据所需壳体体积及下列公式求出：x的取值范围为-xe到xe，xe数值由公式求出；kc为0.1-0.13间的某一值，壳体形状参数c根据c＝a*kc得出，壳体上设有进口，壳体上在进口处设有密闭进口的平封盖，平封盖和壳体间设有密封圈。作为一种优选的方案，所述进口设置在对应于曲线端部处。作为一种优选的方案，所述平封盖内侧设有伸入进口中的密封块，所述密封圈设置在密封块的外周上。本专利技术的有益效果是：(1)与圆球形耐压壳相比较，本耐压壳对几何缺陷不敏感，使得加工精度容易控制在设定范围内；(2)本耐压壳承压能力高于圆球形耐压壳；(3)本耐压壳曲率各处不等，失稳发生在曲率最大的位置(曲线中部)，可以进行监控。另外，由于进口设置在对应于曲线端部处，避开曲率最大位置处，使得进口处的加工难度降低。附图说明图1是本专利技术的主视结构示意图。图2是图1中I部放大结构示意图。图3是kc0.1时的外表面曲线。图4是kc0.13时的外表面曲线。图1至图2中：1.壳体，2.平封盖，3.连接螺栓，4.垫片，5.密封圈。具体实施方式下面结合附图，详细描述本专利技术的具体实施方案。实施例1，如图1-3所示，以半径r为1m，体积V为4.19m3的圆球形耐压壳为参照基础，kc取0.1，其壳体形状参数a根据下列公式求出：具体数值为1.0016m，壳体形状参数c根据c＝a*kc得出为0.10016m；耐压壳壳体为外表面由曲线绕x轴360°旋转得出的等厚壳体，其中y的数值单位为m，x的取值范围为-xe到xe，xe数值由公式求得，为1.0066m；壳体上在对应于曲线端部处设有进口，壳体上在进口处设有密闭进口的平封盖，平封盖内侧设有伸入进口中的密封块，密封块的外周上设有与壳体进口相配合的密封圈。根据CCS2013标准，以本专利技术的潜水器耐压壳和等体积的圆球形耐压壳为模型进行承载能力分析及缺陷灵敏度的对比分析。利用三维建模软件获得本专利技术的潜水器耐压壳和等体积圆球形耐压壳的模型,且壁厚t均为10mm。假设潜水器耐压壳采用钛合金Ti-6Al-4V(TC4)，弹性模量E为110GPa，泊松比μ为0.3，许用应力[σ]为830MPa，材料密度ρ为4.5g/cm3。CCS2013标准中规定了一种基于屈曲模态的几何初始缺陷的分析方法。基于屈曲模态的几何初始缺陷方法，是将无缺陷结构通过屈曲分析得出的屈曲模态，转换为初始几何缺陷，然后进行非线性有限元分析。定义以下2种工况进行分析：(1)线性屈曲分析(LBA)；(2)几何非线性弹塑性分析(GMNIA)，即对考虑材料的弹塑性及考虑初始几何缺陷的模型进行分析。对本专利技术的潜水器耐压壳和等体积的圆球形耐压壳赋予相同的初始几何缺陷，且初始几何缺陷幅值Δ为2,4,6,8,10mm。然后利用有限元分析软件对等体积的圆球形耐压壳和本专利技术的潜水器耐压壳首先分析工况(1)，分析结果为：本专利技术的潜水器耐压壳的线性屈曲为13.745MPa，等体积的圆球形耐压壳的线性屈曲为13.783MPa；其次分析工况(2)，并计算它们的缺陷灵敏度(PGMNIA/PLBA)，结果如表1所示。表中表示等体积的圆球形耐压壳的分析结果，表示本专利技术的潜水器耐压壳的分析结果。表1kc取0.1时几何非线性弹塑性分析和缺陷灵敏度分析结果实施例2，如图1、2、4所示，以半径r为1m，体积V为4.19m3的圆球形耐压壳为参照基础，kc取0.13，其壳体形状参数a根据下列公式求出：，具体数值为1.0031m，壳体形状参数c根据c＝a*kc得出为0.1304m；耐压壳壳体为外表面由曲线绕x轴360°旋转得出的等厚壳体，其中y的数值单位为m，x的取值范围为-xe到xe，xe数值由公式求得，为1.0115m；壳体上在对应于曲线端部处设有进口，壳体上在进口处设有密闭进口的平封盖，平封盖内侧设有伸入进口中的密封块，密封块的外周上设有与壳体进口相配合的密封圈。根据CCS2013标准，以本专利技术的潜水器耐压壳和等体积的圆球形耐压壳为模型进行承载能力分析及缺陷灵敏度的对比分析。利用三维建模软件获得本专利技术的潜水器耐压壳和等体积圆球形耐压壳的模型,且壁厚t均为10mm。假设潜水器耐压壳采用钛合金Ti-6Al-4V(TC4)，弹性模量E为110GPa，泊松比μ为0.3，许用应力[σ]为830MPa，材料密度ρ为4.5g/cm3。CCS2013标准中规定了一种基于屈曲模态的几何初始缺陷的分析方法。基于屈曲模态的几何初始缺陷方法，是将无缺陷结构通过屈曲分析得出的屈曲模态，转换为初始几何缺陷，然后进行非线性有限元分析。定义以下2种工况进行分析：(1)线性屈曲分析(LBA)；(2)几何非线性弹塑性分析(GMNIA)，即对考虑材料的弹塑性及考虑初始几何缺陷的模型进行分析。对本专利技术的潜水器耐压壳和等体积的圆球形耐压壳赋予相同的初始几何缺陷，且初始几何缺陷幅值Δ为2,4,6,8,10mm。然后利用有限元分析软件对等体积的圆球形耐压壳和本专利技术的潜水器耐压壳首先分析工况(1)，分析结果为：本专利技术的潜水器耐压壳的线性屈曲为13.745MPa，等体积的圆球形耐压壳的线性屈曲为13.783MPa；其次分析工况(2)，并计算它们的缺陷灵敏度(PGMNIA/PLBA)，结果如表2所示。表中表示等体积的圆球形耐压壳的分析结果，表示本专利技术的潜水器耐压壳的分析结果。表2kc取0.13时几何非线性弹塑性分析和缺陷灵敏度分析结果从表1、2的几何非线性弹塑性分析结果可得，本专利技术的潜水器耐压壳的承载能力比等体积的圆球形耐压壳更大，本专利技术的潜水器耐压壳的临界屈曲载荷与等体积圆球形壳相比，高出7.7％–22％。这表明，本专利技术的潜水器耐压壳的承载能力高于等体积的圆球形耐压壳的承载能力。从表1、2的缺陷灵敏度分析结果可得，本专利技术的潜水器耐压壳的缺陷灵敏度结果(PGMNIA/PLBA)高于等体积的圆球形耐压壳。因此，本专利技术的潜水器耐压壳对初始几何缺陷的敏感度低于圆球形耐压壳对初始几何缺陷的灵敏度。上述的实施例仅例示性说明本专利技术创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本专利技术；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种潜水器耐压壳，其特征在于：包括外表面由曲线

【技术特征摘要】
1.一种潜水器耐压壳，其特征在于：包括外表面由曲线绕x轴360°旋转得出的等厚壳体，其中壳体形状参数a根据所需壳体体积及下列公式求出：x的取值范围为-xe到xe，xe数值由公式求出；kc为0.1-0.13间的某一值，壳体形状参数c根据c＝a*kc得出，壳体上设有进口，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建，王为民，王芳，唐文献，崔维成，潘彬彬，张猛，
申请(专利权)人：江苏科技大学，上海海洋大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32