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PMT水下内爆冲击波强度与传播特性研究

振动与冲击 2018年第13期37卷 100-104,122页

作者：金键侯海量陈鹏宇朱锡吴林杰何苗王天穹海军工程大学舰船工程系武汉430033 中国科学院高能物理研究所北京100049

为研究光电倍增管(PMT)水下内爆后产生的冲击波强度及其传播特性,首先以气泡动力学、气泡破裂动力学理论为基础分析了球形气泡溃灭时长与气泡破裂回弹阶段冲击波传播特性,指出了真空容器水下内爆与气泡溃灭物理过程的相似性和特殊性。... 详细信息

为研究光电倍增管(PMT)水下内爆后产生的冲击波强度及其传播特性,首先以气泡动力学、气泡破裂动力学理论为基础分析了球形气泡溃灭时长与气泡破裂回弹阶段冲击波传播特性,指出了真空容器水下内爆与气泡溃灭物理过程的相似性和特殊性。建立了水下气泡溃灭数值仿真计算模型,通过与文献实验结果和理论结果的对比验证了数值计算方法的可行性。最后以实际工作环境为基础对PMT水下内爆过程进行了数值模拟,分析了PMT外形尺寸对冲击波传播特性的影响,确定了PMT水下内爆的冲击波强度,为PMT防爆工作提供了针对性的参考。

关键词： PMT 水下内爆冲击波数值仿真

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气囊对光电倍增管水下内爆影响试验研究

振动与冲击 2020年第15期39卷 82-87页

作者：吴天正郑鹏杜志鹏张磊何苗沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 海军研究院北京100161 中国科学院高能物理研究所北京100049

江门中微子试验中使用的光电倍增管需要长时间承受高静水压力作用,由于光电倍增管外壳使用膨化硅玻璃制造,受自身结构微观缺陷影响不可避免的有发生碎裂的可能,并引发光电倍增管的水下内爆(Implosion),对其周围设施造成危害。在可加压... 详细信息

江门中微子试验中使用的光电倍增管需要长时间承受高静水压力作用,由于光电倍增管外壳使用膨化硅玻璃制造,受自身结构微观缺陷影响不可避免的有发生碎裂的可能,并引发光电倍增管的水下内爆(Implosion),对其周围设施造成危害。在可加压密封罐中进行带有气囊的光电倍增管水下内爆试验,使用高速摄像和压力传感器记录实验过程数据。并将试验结果与无气囊条件下的光电倍增管水下内爆相关数据进行对比,探究了使用气囊进行光电倍增管水下内爆防护的可行性,为光电倍增管的水下内爆防护提供新的思路。

关键词：光电倍增管水下内爆冲击波高速摄像试验研究

下保护罩对PMT水下内爆载荷特性传播影响的数值研究

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兵器装备工程学报 2018年第6期39卷 41-47页

作者：王天穹方志威侯海量金键吴林杰李茂海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033 中国人民解放军91189部队江苏连云港222041

考虑PMT内爆后会引起临近PMT产生连锁爆炸,以江门中微子实验中心的PMT为研究对象,通过数值计算方法研究了PMT内爆后的载荷特性,探讨了下保护罩对PMT内爆载荷特性的影响。结果表明:PMT内爆产生的压力峰值和比冲量均在传播方向呈现幂函数... 详细信息

考虑PMT内爆后会引起临近PMT产生连锁爆炸,以江门中微子实验中心的PMT为研究对象,通过数值计算方法研究了PMT内爆后的载荷特性,探讨了下保护罩对PMT内爆载荷特性的影响。结果表明:PMT内爆产生的压力峰值和比冲量均在传播方向呈现幂函数形式衰减,PMT内爆冲击波向Z-方向传播的冲击波强度最大;存在下保护罩的PMT内爆产生的压力峰值和比冲量在Z+方向、Z+X+方向、Z-X+方向传播时均呈现幂函数形式衰减,而在Z-方向传播时,压力峰值呈现指数形式增加,比冲量呈现线性增加;下保护罩的存在能够很好降低PMT内爆后产生的压力峰值,延迟压力峰值出现时间,但下保护罩内爆后的比冲量与无下保护罩PMT内爆后比冲量相当。

关键词： PMT 水下内爆下保护罩载荷特性数值研究

设计相关动载荷作用下的水下耐压结构拓扑优化

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海洋工程 2022年第6期40卷 83-96页

作者：詹可蒋垣腾赵敏上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室上海200240

常规耐压结构拓扑优化设计研究主要集中于静水压条件下的设计相关载荷拓扑优化理论及方法。但是,在深海环境下,耐压结构可能面临内爆所产生的冲击载荷,其载荷呈现高频率的周期性变化。为研究载荷变化对耐压结构优化设计的影响,在BILE模... 详细信息

常规耐压结构拓扑优化设计研究主要集中于静水压条件下的设计相关载荷拓扑优化理论及方法。但是,在深海环境下,耐压结构可能面临内爆所产生的冲击载荷,其载荷呈现高频率的周期性变化。为研究载荷变化对耐压结构优化设计的影响,在BILE模型的基础上,结合修正的SIMP插值模型,开展不同频率、设计相关动载荷作用下的水下耐压结构拓扑优化理论及方法研究。设计相关动载荷的难点在于不仅载荷的作用位置和方向在优化过程中发生变化,且其大小也随优化过程进行而发生变化,这是与常规设计相关静载荷本质的不同。通过经典的拱形结构优化算例验证BILE模型在动力学拓扑优化中的可行性,进而研究设计相关动载荷作用下的水下耐压结构的最佳拓扑形式。研究表明,在低频时,圆环型耐压结构无明显变化,但多球交接耐压结构在交接处会出现明显材料聚集;高频时,两者均发生明显变化,得到耐压结构新形式。关于设计相关动载荷作用下的水下耐压结构拓扑优化研究,将对新型水下耐压结构的探索具有一定的工程应用价值。

关键词：水下内爆耐压结构拓扑优化设计相关动载荷频率

基于t-norm模糊故障树的PMT试验失效可能性评估

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华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第2期50卷 56-62页

作者：谭润泽李晓彬乐京霞杜志鹏武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 海军研究院北京102401

针对光电倍增管(PMT)水下防爆试验系统故障频发,且常规故障树方法在系统故障状态描述、获取发生概率精确性存在一定的局限性及传统的α-截集模糊算法存在模糊积累问题,提出一种基于最弱t-norm梯形模糊数算法的PMT试验系统故障可能性分... 详细信息

针对光电倍增管(PMT)水下防爆试验系统故障频发,且常规故障树方法在系统故障状态描述、获取发生概率精确性存在一定的局限性及传统的α-截集模糊算法存在模糊积累问题,提出一种基于最弱t-norm梯形模糊数算法的PMT试验系统故障可能性分析方法.该方法将最弱t-norm算法和梯形模糊数引入故障树方法中,通过分析试验系统运行原理构建试验故障树模型,并对其进行定量计算求解故障树结构函数;应用专家判断法将基本事件的故障状态用模糊数表示,进而利用层次分析法(AHP)和聚合理论获取故障发生概率,克服事件的故障多态性描述问题,提高事件概率求解的精确性;基于底事件的故障概率和故障树的结构函数,计算试验系统失效可能性,并根据各底事件的模糊重要度,分析引起试验失效的关键因素.结果表明:该方法能够准确、高效地评估PMT试验系统故障可能性及确定关键失效因子,可为PMT防爆试验系统故障诊断提供理论参考依据.

关键词：光电倍增管水下内爆最弱t-norm算法模糊故障树故障诊断

基于模糊理论的PMT水下防爆试验故障树分析

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振动．测试与诊断 2020年第5期40卷 969-975,1027页

作者：谭润泽李晓彬杜志鹏何苗乐京霞武汉理工大学交通学院武汉430063 海军装备研究院北京102401 中国科学院高能物理研究所北京100049

为解决光电倍增管(photomultiplier tubes,简称PMT)水下防爆试验系统的故障诊断问题以及故障发生概率存在模糊不确定性的特点,应用模糊集数学方法和可能性理论,把模糊数学和故障树模型相结合,提出一种基于三角形模糊数算法的PMT试验系... 详细信息

为解决光电倍增管(photomultiplier tubes,简称PMT)水下防爆试验系统的故障诊断问题以及故障发生概率存在模糊不确定性的特点,应用模糊集数学方法和可能性理论,把模糊数学和故障树模型相结合,提出一种基于三角形模糊数算法的PMT试验系统失效模式分析方法。根据试验系统工作原理,采用下行法建立故障树并对其进行定量分析,获得了顶事件的结构函数及多种失效模式,进而利用专家语言评价法,计算顶事件发生的模糊概率和各底事件的模糊重要度,得到了PMT试验中故障发生率较高的环节,最后对故障分析结果进行改进测试。结果表明,该方法能够准确地诊断出存在的故障,为PMT防爆试验系统进行故障诊断以及提高PMT保护罩的水下防爆性能提供参考依据。

关键词：光电倍增管模糊故障树故障诊断水下内爆

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外界条件对中空结构物内爆冲击波的影响

高压物理学报 2020年第4期34卷 77-86页

作者：孟令存闫明杜志鹏张磊沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 海军研究院北京100161

在深水中工作的中空结构物承受巨大的静水压,突然被压溃时会发生内爆,产生冲击波,对周围结构造成损伤。针对内爆冲击波受静水压力、真空体积影响机理不清的问题,开展了光电倍增管水下内爆试验,验证了ABAQUS中CEL耦合计算方法满足光电倍... 详细信息

在深水中工作的中空结构物承受巨大的静水压,突然被压溃时会发生内爆,产生冲击波,对周围结构造成损伤。针对内爆冲击波受静水压力、真空体积影响机理不清的问题,开展了光电倍增管水下内爆试验,验证了ABAQUS中CEL耦合计算方法满足光电倍增管内爆模拟精度的要求,并通过数值模拟分析了外界静水压、中空结构物的真空体积对内爆冲击波的影响规律。结果表明:随着静水压、真空体积的增加,冲击波压力峰值呈线性增加,且距离内爆中心越远,冲击波峰值增加越缓慢;冲击波脉宽随静水压力的增加基本保持不变,随真空半径的增加缓慢降低。

关键词：水下内爆光电倍增管内爆机理内爆仿真内爆冲击波

氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的失效分析

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海洋工程 2020年第6期38卷 70-76页

作者：张晓龙冯淼林赵敏张培志何成贵祁海韩伟月郭方全上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 上海市材料研究所上海市工程材料应用评价重点实验室上海200437

氮化硅陶瓷具有密度小强度高的优点,在深潜浮力设备领域具有广阔发展前景。然而陶瓷材料固有的脆性以及万米深海严苛的工作环境,使得氮化硅陶瓷空心浮力球在深水环境下面临着内爆的风险。为探究氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的... 详细信息

氮化硅陶瓷具有密度小强度高的优点,在深潜浮力设备领域具有广阔发展前景。然而陶瓷材料固有的脆性以及万米深海严苛的工作环境,使得氮化硅陶瓷空心浮力球在深水环境下面临着内爆的风险。为探究氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的失效问题,设计并进行了三点弯曲试验,确定了氮化硅陶瓷材料的力学性能参数,包括弹性模量和破坏应力;随后对氮化硅陶瓷空心浮力球内爆试验的过程及结果进行了回顾总结;基于标准球壳模型与浮力球实物的CT扫描几何模型,对浮力球在内爆临界状态的失效过程进行了有限元仿真分析。结果表明:氮化硅陶瓷空心浮力球的性能存在一定不稳定性;结构内表面局部过大的拉应力是造成失效的主要原因,对内表面进行预加压处理或能提高其抗内爆性能。

关键词：水下内爆氮化硅陶瓷浮力球缺陷

氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的失效分析

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氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的失效分析

作者：张晓龙上海交通大学

学位级别：硕士

氮化硅陶瓷空心浮力球相较于传统复合泡沫浮力材料具有密度小强度高的特点,在水下环境中能更有效地提供浮力,因此在深潜设备上具有广阔的应用前景。然而,氮化硅陶瓷的脆性以及空心浮力球的结构形态,使得浮力球在深海高压环境下服役时具... 详细信息

氮化硅陶瓷空心浮力球相较于传统复合泡沫浮力材料具有密度小强度高的特点,在水下环境中能更有效地提供浮力,因此在深潜设备上具有广阔的应用前景。然而,氮化硅陶瓷的脆性以及空心浮力球的结构形态,使得浮力球在深海高压环境下服役时具有很高的内爆风险。另一方面,内爆过程通常伴随着短时间内能量的大量释放,产生强烈的冲击波,对周围的结构安全造成极大威胁。基于国外相关事故的经验教训以及国内深潜浮力设备发展的需要,开展氮化硅陶瓷空心浮力球的内爆临界状态下的失效研究具有重要意义。论文首先介绍了浮力球及水下内爆的研究现状,以及论文的研究侧重点。然后回顾了氮化硅陶瓷空心浮力球的制备、质量检验及内爆试验,为后续研究提供数据支撑。之后设计并进行了氮化硅陶瓷的三点弯曲试验和压缩试验,获得了氮化硅陶瓷的材料性能。论文还以有限元技术为依托,将结构的一阶屈曲模态作为初始几何缺陷引入显式动力分析中,分析了具有几何特征缺陷浮力球壳的内爆失效过程。通过CT扫描得到了真实陶瓷浮力球几何模型,并将其导入到有限元软件中对其内爆过程进行模拟。最后,以两种典型的椭球壳模型为代表,研究了球形度对内爆临界状态下结构失效的影响。结果表明,氮化硅陶瓷空心浮力球的抗压性能具有一定离散性;理想空心球具有最佳的耐压性能;浮力球的破坏最早都是从内侧开始的,结构内表面局部过大的拉应力是造成失效的主要原因;对浮力球内表面进行预加压处理或能提高其抗内爆性能。

关键词：水下内爆氮化硅陶瓷浮力球失效缺陷