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5000米水深潜水器耐压壳结构设计与强度计算开题报告

 2020-04-13 15:03:32  

1. 研究目的与意义(文献综述)

由于海洋蕴藏的无数资源,海洋勘探与开发成为现代科学工程领域里重要的方向。

进入21世纪以来,各国都加大对潜水器研究开发的力度。

海洋资源开发与国防军事的需求,推动了潜水器的快速发展。

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2. 研究的基本内容与方案

本文以结构力学为理论基础,对5000米水深的潜水器耐压壳结构进行设计,提出球形与卵形耐压壳的耐压壳设计方案,在规范的指引下初步提出耐压壳设计方案,而后对耐压壳采用有限元软件ANSYS对结构强度进行分析校核。具体内容与研究方法如下:
第一:简单叙述载人与非载人潜水器的国内外发展状况,概括了深潜器发展对于工程和国防的意义,同时对耐压壳的结构设计与强度计算在理论上的意义进行阐述,简述了不同学者对于耐压壳的研究分析,为下文耐压壳设计工作进行了思路引导与铺垫。
第二:方案初步设计,对耐压壳的材料进行调查而后选择,同时通过对比不同耐压壳的几何外形,基本确定本文设计耐压壳的外形类型,然后依据设计规范得到耐压壳的初步设计阶段的尺寸,然后利用三维建模软件对耐压壳进行几何建模。
第三:使用ANSYS大型通用有限元软件,对建立的几种设计方案在5000米潜深的工况进行强度校核与稳定性分析,并依据相关规范与资料,分析本文设计耐压壳结构是否满足使用要求,同时对比不同耐压壳的性能差异。
第四:结构优化,由于利用规范进行初步设计,所得耐压壳结构出于安全角度偏为保守,为了达到轻量化的设计目的,对原有设计方案进行修改,使得耐压壳在满足力学性能的前提下,得到综合性能更优化的设计方案
第五:总结分析,对本耐压壳设计研究进行总结,概括所设计耐压壳的强度校核结果,两种耐压壳性能异同进行概括,对研究中的不足进行探讨,同时对深潜器耐压壳的进一步研究领域进行展望。


3. 研究计划与安排

第1-2周:文献调研及翻译
第3-4周:结构方案选型及设计,绘制结构设计草图
第5-6周:结构尺寸计算,完善结构设计图纸
第7-8周:有限元模型建立
第9-10周:结构静强度力分析
第11-12周:结构屈曲强度分析
第13-14周:论文撰写
第15周:答辩准备

4. 参考文献(12篇以上)

[1]张铁栋.潜水器设计原理[M].哈尔滨工程大学出版社,2011
[2]中国船级社.潜水系统与潜水器建造与入级规范[S].中国船级社,2013
[3]何雪浤,李燕燕,郭珍珍.潜水器耐压壳强度分析方法研究[J].机械设计与制造,2014,2(2):8-13
[4]尚闻博.深海耐压舱设计的ANSYS仿真硏究[D].山东:中国海洋大学,2015
[5]杨岳.基于有限元法的轻型水下机器人耐压壳体结构优化与分析[D].辽宁:东北大学,2014
[6]高杰.深海球形耐压壳力学特性及试验研究[D].江苏:江苏科技大学,2017
[7]季林帅.深潜耐压圆柱壳极限承载力研究[D].江苏:江苏科技大学,2015
[8]潘涛.深潜器耐压结构强度分析与优化设计[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2010
[9]白旭.潜艇球形壳体结构性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2011
[10]靖海宏.潜水器耐压壳结构稳定性分析与研究[D].武汉:武汉理工大学,2011
[11]张建,王明禄,王纬波,潘宝俊,吴文伟.蛋形耐压壳力学特性研究.船舶力学.2016(20)
[12]朱永梅,马青丽,戴永健,张建.开孔球形耐压壳力学特性及疲劳分析.舰船科学技术.2017.39(3).
[13]ABS. Rules for building and classing underwater vehicles, systems and hyperbaric facilities[S]. ABS, 2010.
[14]Jian Zhang, Meng Zhang, Weicheng Cui. Elastic-plastic buckling of deep sea spherical pressure hulls[J]. Marine Structures 2018(57):38-51
[15]SB. Pranesh, Deepak Kumar, V. Anantha Subramannian. Non-linear buckling analysis of imperfect thin spherical pressure hull for manned submersible[J]. Journal of Ocean Engineering and Science 2017(2):293-300
[16] R. Craven, D. Graham, J. Dalzel-Job. Conceptual design of a composite pressure hull[J]. Marine Structures 2016(128):153-162
[17] M. Talla,b, S. Haririb, P. Le Grognecc, Elastoplastic buckling and collapse of spherical shells under combined loadings[J].Thin-Walled Structure 2018(123):114-125

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