基于连续介质损伤力学的钛合金耐压球壳极限强度分析

本文在连续介质损伤力学理论框架下,以深海载人装备耐压球壳结构为研究对象,开展Bonora损伤模型适用性研究。首先,设计TA31钛合金加载卸载试验,依据试验结果,分析Bonora模型参数对材料应力应变响应的影响规律;随后,提出一种模型参数校准方法,依据试验数据确定TA31钛合金的模型参数;最后,将Bonora模型通过VUMAT子程序的形式嵌入到有限元软件中,开展钛合金球壳结构的极限强度分析,并与传统方法进行对比。研究结果表明,在耐压球壳极限强度分析中,引入Bonora模型可以准确模拟耐压球壳结构的失效模式和破坏压力。该模型在材料本构关系中考虑了屈服强度、抗拉强度以及最大塑性应变的影响,结构失效的物理意义更加明确,对材料性能的优化与提升具有指导意义。

基于自适应Kriging的耐压球壳可靠性计算方法研究

为研究耐压球壳的可靠性计算问题,提出基于自适应Kriging的耐压球壳可靠性计算方法。该方法主要包括在开展试验设计的基础上,基于有限元方法获得样本点对应的承载能力,使用自适应Kriging方法结合ERF学习函数构建结构失效方程,并在此基础上开展可靠性计算。耐压球壳计算结果表明,10个验证样本点计算结果偏差均小于0.5‰,该方法具有较高精度和计算效率。基于计算结果提出在开展自适应方法建立Kriging模型过程中,学习函数的收敛指标应随着计算方法的精度进行适当地调整的结论。研究结果可为无失效方程结构的可靠性计算提供参考。

基于协同优化的耐压柱壳多学科多目标优化

为提高耐压柱壳的设计效率和结构性能,本文基于多学科设计优化思想,进行了耐压柱壳多学科设计优化的学科分解,确定了耐压柱壳多学科优化设计的设计参数,明确了设计变量间的耦合关系,设计了耐压柱壳参数化分析流程,进行了设计变量灵敏度分析。在利用响应面模型建立了具有较高拟合精度耐压柱壳近似模型的基础上,以质量排水量比和极限载荷为目标函数,建立了基于协同优化方法的耐压柱壳多学科多目标优化模型,在确定了系统层和学科层的优化求解方法基础上,设计了基于协同优化的耐压柱壳多学科多目标优化框架,进行了优化的求解工作,得到了优化方案。与初始方案的对比表明:所得到的Pareto解集中,部分方案在2个目标函数上均得到了优化,验证了优化框架的有效性。

磁性液体性能及运行工况对密封耐压值的影响

为研究不同种类磁性液体及密封工况对密封效果的影响,以Fe_(3)O_(4)为磁性颗粒,以链状氟醚油为基液,制备一系列不同颗粒含量、基液分子量的磁性液体,对磁性颗粒及磁性液体的结构、性能进行表征,在搭建的密封试验台上测试磁性液体种类及运行工况对密封耐压效果的影响。结果表明:制备的磁性颗粒粒径为纳米级,呈近球形形貌,具有较高的饱和磁化强度,磁性液体具有较好的分散稳定性;随颗粒含量增加、基液分子量增大,密封耐压值先增大后减小;在颗粒质量分数为30%、基液分子量为4600 g/mol时,密封耐压值最高;随主轴转速增大,密封耐压值逐渐减小;随密封时间延长,密封耐压值先减小后趋于稳定。

大型航天器密封承压结构耐压试验安全监测技术研究

针对耐压试验过程中仅监测密封承压结构的应变、位移信息,无法实时监测密封承压结构损伤状态,因而难以识别和预示密封承压结构失效风险的问题,基于超声导波缺陷监测方法进行密封承压结构耐压试验中密封承压结构安全状态在线监测方案设计,并搭建监测系统进行了试验验证。结果显示,该方案利用高频混合声场动态传感技术解决了大型复杂密封承压结构安全状态难监测、异常状态难以及时有效定位等问题,实现了耐压试验安全状态的有效实时监测和及时预警,为大型航天器密封承压结构研制提供了有效的安全技术保障。

圆碟形水下滑翔机耐压壳体的优化设计

圆碟形水下滑翔机是一种新型的水下滑翔机,耐压壳体则是滑翔机的重要组件。本文主要研究在不同水深下机身直径、机身高度与机身表面饱和度对耐压壳体表面变形与压力分布情况的影响。通过有限元分析表明在100~300 m水深范围内应减小机身直径,从而降低机身的最大变形量和最大应力。随着机身高度的增加,最大变形量和最大应力的变化规律是先减后增,且随着工作水深的增加,这种趋势越发明显。对于不同机身表面饱和度的圆碟型水下滑翔机,其外壳的最大变形和最大应力分布规律并不统一,机身饱和度较低的圆碟形滑翔机的综合性能较优。本文分析结果可为圆碟形滑翔机在不同深度下的外形设计提供参考。

电抗器类低电感负载雷电冲击耐压试验研究

为确保电抗器类低电感负载的雷电冲击耐压试验的有效进行,需要建立精确等值电路模型,从而产生标准的雷电冲击电压波形。分析了负载电感对雷电冲击的电压波形的影响。利用矢量匹配法结合小脑神经网络对电抗器等值电路参数进行了拟合预测,从而建立了考虑不同频段阻抗特性的电抗器模型。利用电磁瞬态计算程序(EMTP)仿真软件产生雷电冲击电压仿真波形,并讨论了仿真波形特征参数的有效性。传统的Marx冲击回路接入电抗器类低电感负载时会导致冲击电压波形波尾时间严重缩短。采用Glaninger冲击发生回路可以减轻受低电感负载影响的程度。利用矢量匹配法结合小脑模型连接控制器(CMAC)网络预测出电抗器电路参数值。由该值仿真得到的冲击阻抗特性曲线与实测曲线较为一致。仿真得到的冲击电压波形特征参数均符合标准规定要求。

带网口设备耐压击穿分析

通过研究带网口设备耐压击穿现象,发现设备受网络变压器固有阻抗影响,使得网口端功能绝缘阻抗与电源端加强绝缘阻抗量级相近,安规试验中施加耐压后极易在Bob-Smith电路焊点密集处产生电弧,触发耐压仪电弧侦测报警,造成试验结果误判。建议采用单独考核实际生效安全防护绝缘,或直流耐压考核容性绝缘,或对非安全防护功能绝缘采用等电位连接等方式来避免误判可能。

GIS设备串联谐振耐压试验及其案例分析

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)相对于常规敞开式开关设备具有占地面积小、运行可靠性高、防污闪能力强等众多优点,近年来被大量应用于电力系统。GIS的绝缘水平是现场交接试验最重要的试验项目之一,试验现场一般通过进行串联谐振试验来考核GIS的绝缘水平。基于此,文章详细介绍了试验现场GIS进行串联谐振试验的方法及流程,并结合案例分析了串联谐振耐压试验对发现GIS内部异常情况所起的作用。

一种电缆T接头耐压检测安全连接装置的仿真与设计

针对电缆耐压试验过程中因试验电压接近或超过电缆附件材料电气和机械参数耐压值,从而引起附件及电缆本体沿面泄漏爬电,继而引发出其他缺陷隐患,导致无法按试验规程规定实施,严重时将损毁试验及被试验设备等问题。根据电缆附件的相关参数,以及规程要求的最高试验电压和时间,通过装置耐受绝缘及其场强的仿真计算,初步确定安全连接装置与电缆附件绝缘过渡配合方式及电气参数,设计了一种电缆T接头(含肘形头)耐压检测安全连接装置。最后进行了试验验证,结果表明,该安全连接装置可以有效且安全地实现电缆的耐压试验。

1000MW发电机出口半绝缘电压互感器交流耐压试验方法研究

对1000MW火力发电机组的发电机出口浇筑型电磁式电压互感器(简称PT)进行交流耐压试验时,因为PT变比较大且单个二次绕组对一次绕组、其他二次绕组及地的电容较大,如果采用传统的三倍频感应耐压试验,其二次绕组很容易过载,解决办法有两个:其一可以采用电抗器并联补偿的方式减少流过二次绕组的电流;其二采用串联谐振装置直接从一次侧加压。

串并联谐振法在110kV长距离电缆耐压试验中的应用

为提高交联聚乙烯电缆在电力系统中的适应性,需要在完成交联聚乙烯电缆安装后进行现场交流耐压试验,对电缆综合性能进行检测。从变频串联谐振试验方式的工作原理出发,进行串并联谐振的应用计算及分析,最后说明试验注意事项,旨在为相关人员提供参考。

基于大潜深耐压天线罩模型的四面阵干涉仪测向算法

基于大潜深耐压实心厚壁柱状天线罩模型,提出一种四面阵干涉仪测向算法,推导了该模型下干涉仪相位差及信号入射角度的相关计算公式。该算法可以解决天线罩插入相位移不均匀性引入的相位误差问题。最后通过计算机仿真验证了所提算法的有效性,能够很好地解决经典干涉仪算法在实心壁天线罩模型下带来的阵元相位差严重失真以及测向误差大的问题。

薄壁承压圆筒耐压试验时静强度可靠度系数

为建立铜制或钢制单层薄壁承压圆筒静强度的可靠性设计技术,研究了其静强度在最苛刻耐压试验时的可靠度系数。当静强度符合正态分布且分布参数为区间值时,应用概率论知识,构建了单层薄壁承压圆筒静强度在最苛刻耐压试验时的可靠度系数的计算方法。对于实测爆破压力不超过105.5 MPa的单层薄壁承压圆筒,研究表明:1)在最苛刻气压或气-液组合压力试验时,铜制圆筒屈服压力的可靠度系数不小于1.23且不大于与1.60,爆破压力的可靠度系数不小于5.81且不大于7.62;钢制圆筒屈服压力的可靠度系数不小于1.45且不大于与2.00,爆破压力的可靠度系数不小于3.01且不大于4.05。2)在最苛刻液压试验时,铜制圆筒屈服压力的可靠度系数不小于0.49且不大于0.80,爆破压力的可靠度系数不小于5.30且不大于6.96;钢制圆筒屈服压力的可靠度系数不小于0.57且不大于0.97,爆破压力的可靠度系数不小于2.18且不大于3.01。

耐压液舱极限承载能力的影响因素分析与匹配设计

[目的]旨在讨论相同的强度储备裕度条件下耐压船体与耐压液舱极限承载能力之间的关系,以获得二者极限承载能力相当的匹配设计。[方法]首先,以典型的外置式耐压液舱为研究对象,在评估耐压液舱初始结构方案稳定性与极限承载能力的基础上,分析液舱壳板厚度、液舱实肋板厚度以及液舱横舱壁结构对耐压液舱极限承载能力的影响;随后,适当调整初始方案,获得耐压船体与耐压液舱强度储备裕度相当的设计方案,并在此基础上讨论耐压船体与耐压液舱极限承载能力之间的关系,进一步加强耐压船体,获得匹配耐压液舱与耐压船体承载能力的方案以及对应的强度裕度。[结果]结果显示,减薄液舱壳板30%、液舱实肋板33.3%及液舱横舱壁30%,其极限承载能力将分别降低16.5%,36.4%和0.17%。[结论]研究表明在相当强度储备裕度条件下,耐压船体的承载能力远低于耐压液舱的承载能力;在耐压液舱壳板的强度储备裕度约为25%、耐压船体壳板的强度储备裕度约为40%时,耐压船体与耐压液舱的极限承载压力大致相同。

高强度钢锥柱耐压结构焊接残余应力及其对疲劳强度影响的研究

高强度钢锥柱耐压结构在服役过程中不断下潜和上浮,可能会使高强度钢锥柱耐压结构产生疲劳破坏。而锥柱耐压结构通常采用高强度钢建造,在焊接完成过后,锥柱耐压结构焊缝附近会存在较大的残余应力,残余应力的存在对高强度钢锥柱耐压结构的疲劳强度和安全性能可能会产生不利的影响。因此,非常有必要研究焊接残余应力及其变化对高强度钢锥柱耐压结构疲劳强度的影响。本文以高强度钢锥柱耐压结构为研究对象,首先基于热弹塑性理论的数值模拟方法研究焊接残余应力分布规律,然后进行高强度钢锥柱耐压结构疲劳寿命研究。结果表明:由于内压试验及上下潜浮运动的影响,锥柱耐压壳结构的疲劳破坏有可能发生在凸锥内表面;内表面焊接残余应力的消除可延长疲劳寿命。

连续开口耐压壳结构极限强度分析

以一观光潜艇圆柱壳为原型设计试验模型,在压力容器内进行模型的静水压试验,记录试验压力和相应测点的应变。试验得到的应力、变形,以及极限承载力与ABAQUS有限元分析的结果吻合良好。进而使用有限元方法计算原型潜艇耐压壳的极限强度,并与CCS规范和ABS规范的计算结果进行对比,结果表明,现有规范更适用于舷侧无连续大开口的常规潜艇;对于水下观光潜艇,使用试验和有限元相结合的方法来评估其极限强度正确可行。

国际标准《潜水器耐压壳体和浮力材料静水压力试验方法》(ISO 21173:2019)解读

ISO 21173:2019《潜水器耐压壳体和浮力材料静水压力试验方法》是ISO潜水器工作组内出版的第一项国际标准。本文介绍了该项标准的起草背景、编制原则及编制过程,对主要内容和技术考虑作了解读,并总结了该项标准的实施效益,以更好地指导潜水器耐压壳体和浮力材料开展静水压力试验,推动该项标准的贯彻落实和持续优化。

磁性液体密封耐压与启动力矩的影响因素研究

由于驱动电机的功率和力矩的限制,一些动密封场合对启动力矩有着明确的要求,相较于传统的密封导致启动力矩较大,磁性液体密封在启动力矩方面有更大的优势。但是在不同的环境中,磁性液体密封的启动力矩波动较大,无法达到某些极端密封场合对耐压和力矩的双重要求,从而限制了磁性液体密封在该类密封场合的应用。以温度为切入点,就磁性液体密封的耐压能力和启动力矩进行理论和实验研究,得到温度与磁性液体密封耐压能力和启动力矩的关系。结果表明:磁性液体密封的间隙越小,耐压能力越大;温度越低,最大耐压值越大,-40℃时最大耐压值为80℃时的5倍;启动力矩随压力的增加而逐渐减小;温度越低,启动力矩越大,-40℃时的启动力矩接近20℃时的5倍,并且在低温磁液用量对密封启动力矩的有明显影响。

海洋石油平台海底电缆振荡波等效耐压技术应用

目前海上平台主流的海缆检测试验方式为串联谐振耐压技术,传统的串联谐振耐压对电缆绝缘状态的判断仅仅是合格与不合格,同时对于一些较为轻微的缺陷,传统耐压试验会使绝缘发生恶化,且对局部缺陷不能定位。此外对于中长海缆的串联谐振耐压试验,所需功率大,动辄上百千瓦,设备体积庞大,重量达吨级以上,对试验空间要求高,无法在仅有狭小空间的海上平台上进行耐压试验。同时串联谐振耐压试验中产生的谐振波会严重影响平台电网的稳定运行。本文介绍了使用振荡波等效耐压技术进行海上石油平台海缆检测试验的成功案例。