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深海耐压结构微裂纹损伤识别与定量评估方法

舰船科学技术 2024年第10期46卷 47-52页

作者：吴瑜张朝骅佟佳洋刘慧一上海海洋大学上海深渊科学工程技术研究中心上海201306 洋山港海事局上海201308

深海耐压壳安全研究主要集中在材料性能本构模型和以疲劳寿命预测为目标的结构参数评估模型上,其损伤识别和定量评估方法的研究尚不成熟。本文针对深海耐压结构,基于电磁感应和涡流热效应,探究瞬态温度响应与微裂纹损伤间的关系,以实现... 详细信息

深海耐压壳安全研究主要集中在材料性能本构模型和以疲劳寿命预测为目标的结构参数评估模型上,其损伤识别和定量评估方法的研究尚不成熟。本文针对深海耐压结构,基于电磁感应和涡流热效应,探究瞬态温度响应与微裂纹损伤间的关系,以实现耐压壳关键部位微裂纹的量化研究。项目研究成果将弥补耐压壳服役安全性研究中无损伤监测的空白,为深海耐压壳微裂纹损伤识别提供原创方法及理论依据,保障目前在役深海潜水器的作业安全。

关键词：深海载人潜水器耐压结构微裂纹损伤瞬态温度响应

深海装备耐压结构体、材料耐压特性及评估技术研究

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科技成果管理与研究 2024年第1期19卷 77-78页

作者：万正权李艳青王雷中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

深海载人装备是"深海进入、深海探测和深海开发"的有效工具,经过多年努力,我国在该领域取得了长足的发展.中国船舶科学研究中心牵头研制了"蛟龙"号载人潜水器、"深海勇士"号载人潜水器和"奋斗者"号载人潜水器,研究设计了3台载人潜水器... 详细信息

深海载人装备是"深海进入、深海探测和深海开发"的有效工具,经过多年努力,我国在该领域取得了长足的发展.中国船舶科学研究中心牵头研制了"蛟龙"号载人潜水器、"深海勇士"号载人潜水器和"奋斗者"号载人潜水器,研究设计了3台载人潜水器载人舱球壳,突破了深海装备耐压结构体强度、稳定性和极限承载能力等结构技术,但是钛合金载人舱球壳结构安全性评估方法、常温高压蠕变和疲劳损伤特性评估等问题尚未得到很好的解决.为了综合评估3台载人潜水器等深海装备耐压结构体的安全性,亟需建立深海装备耐压结构体安全性评估方法和标准.

关键词：载人潜水器科学研究中心安全性评估耐压结构极限承载能力深海开发深海探测载人舱

基于SINTAP-FAD的含裂纹耐压结构安全评定研究

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船舶力学 2023年第7期27卷 1051-1060页

作者：黄如旭陈鹏李立业黄进浩万正权深海载人装备国家重点实验室江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

高强度钢耐压结构在建造完工后一般要进行内压试验,为保证内压试验的安全性,需对含裂纹损伤高强钢耐压结构开展安全性评定研究。首先,基于断裂力学评定图(FAD)概念,引入结构完整性评定程序(SIN-TAP)建立基于SINTAP-FAD的含裂纹缺陷高强... 详细信息

高强度钢耐压结构在建造完工后一般要进行内压试验,为保证内压试验的安全性,需对含裂纹损伤高强钢耐压结构开展安全性评定研究。首先,基于断裂力学评定图(FAD)概念,引入结构完整性评定程序(SIN-TAP)建立基于SINTAP-FAD的含裂纹缺陷高强度钢耐压结构安全性评定方法,详细介绍SINTAP评定的原理、材料参数确定方法、含裂纹结构断裂参数以及塑性极限载荷的计算方法;然后,根据试验测得的材料参数,结合SINTAP评定程序得到高强度钢SINTAP-FAD第0级和第3级失效评定曲线;最后,以某含裂纹缺陷环肋圆柱壳结构为对象,完成基于SINTAP-FAD的含裂纹缺陷耐压结构内压安全性评定。结果表明:含肋骨横向裂纹环肋圆柱壳结构在进行内压考核试验时,结构是安全的;基于SINTAP-FAD的结构安全性评定方法是合理有效的。研究结果可为在建高强度钢耐压结构内压安全性评估提供有效支撑。

关键词：断裂力学结构完整性评定程序失效评定图耐压结构裂纹缺陷安全性评定

基于改进NSGA-Ⅱ的载人潜水器多开孔耐压结构优化

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兵工学报 2022年第11期43卷 2875-2884页

作者：田震刘峰王萌陈书培李捷龙赵彦凯哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学烟台研究院山东烟台264000

为提高载人潜水器耐压结构性能和设计效率,开展优化模型和优化算法的改进研究。进行耐压结构有限元模型的网格无关性分析,利用iSight软件对ABAQUS软件进行集成实现耐压结构的参数化分析,进行设计变量的灵敏度分析和降维处理以降低问题... 详细信息

为提高载人潜水器耐压结构性能和设计效率,开展优化模型和优化算法的改进研究。进行耐压结构有限元模型的网格无关性分析,利用iSight软件对ABAQUS软件进行集成实现耐压结构的参数化分析,进行设计变量的灵敏度分析和降维处理以降低问题分析难度。利用最优拉丁超立方方法进行样本点的选取,进行样本点的参数化分析。基于典型近似模型对样本点进行拟合,选择拟合精度最高、满足工程需要的近似模型作为耐压结构的替代模型,并建立耐压结构多目标优化模型。结合正态分布交叉算子对第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行改进,得到NSGA-Ⅱ的改进算法INSGA-Ⅱ,以改善NSGA-Ⅱ局部收敛等问题,在利用测试函数进行INSGA-Ⅱ的有效性验证的基础上,利用INSGA-Ⅱ进行耐压结构多目标优化求解。研究结果表明:参数化分析方法和高精度近似模型可平衡计算精度和设计效率之间的矛盾,在测试对比中,INSGA-Ⅱ所得到的Pareto解集在贴近性、均匀性和收敛性等方面均优于NSGA-Ⅱ,INSGA-Ⅱ得到的耐压结构多目标优化方案较NSGA-Ⅱ更优。

关键词：载人潜水器耐压结构参数化分析近似模型正态分布交叉算子多目标优化

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

深海耐压结构健康监测实时安全评估方法和试验验证（英文）

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船舶力学 2017年第9期21卷 1136-1144页

作者：杨华伟万正权黄进浩向杨君中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

文中提出了一种可直接用于深海耐压结构健康监测系统的结构强度安全性评估算法,该算法基于实时监测数据、结构基准状态和系统测量误差,与常规方法相比不需要建立监测对象结构模型。研究出的结构安全性实时评估方法在耐压结构模型压力筒... 详细信息

文中提出了一种可直接用于深海耐压结构健康监测系统的结构强度安全性评估算法,该算法基于实时监测数据、结构基准状态和系统测量误差,与常规方法相比不需要建立监测对象结构模型。研究出的结构安全性实时评估方法在耐压结构模型压力筒破坏试验中进行了验证,结果表明,结构健康监测系统在耐压结构破坏前发出了报警信息,与常规基于模型的结构安全性评估方法相比,报警压力值提高了0.76 MPa,对深海耐压结构的使用具有重要的工程价值。

关键词：结构健康监测结构安全性评估耐压结构实时监测数据

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水下耐压结构拓扑优化设计方法探究

工程力学 2015年第1期32卷 247-256页

作者：王存福赵敏葛彤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

探究了拓扑优化设计方法在水下耐压结构设计中的应用。与固定载荷作用下结构的优化设计相比,此类问题需要正确地确定压力作用面。在拓扑优化过程中,利用变密度法得到的中间结构拓扑实际上可以看成是灰度图。基于此,提出了基于图像分割... 详细信息

探究了拓扑优化设计方法在水下耐压结构设计中的应用。与固定载荷作用下结构的优化设计相比,此类问题需要正确地确定压力作用面。在拓扑优化过程中,利用变密度法得到的中间结构拓扑实际上可以看成是灰度图。基于此,提出了基于图像分割技术的压力加载面搜索方法,并利用距离正规化水平集方法(DRLSE)检测图像边界。利用数值算例验证了方法的有效性,并研究了静水压力作用下结构的拓扑优化设计问题。在给定材料约束的前提下,研究了不同边界条件下耐压壳体的最小柔顺度及最优结构拓扑形式。优化结果说明了该方法在多球交接耐压壳结构形式优化设计及复杂边界条件下耐压结构新形式探索中的工程应用价值。

关键词：耐压结构拓扑优化压力载荷图像分割水平集

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深潜器耐压结构研究现状及发展趋势

船舶力学 2021年第10期25卷 1427-1437页

作者：张二朱显玲荆腾付晓海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033 武汉船舶职业技术学院武汉430050

本文介绍了深海潜水器技术强国在该领域的发展现状及发展趋势。在此基础上,针对深海潜水器耐压结构,分析了选用不同材料耐压结构的优缺点,并重点对复合材料耐压结构的研究现状进行综述。结合第三代深潜器对水动力特性的要求,总结了耐压... 详细信息

本文介绍了深海潜水器技术强国在该领域的发展现状及发展趋势。在此基础上,针对深海潜水器耐压结构,分析了选用不同材料耐压结构的优缺点,并重点对复合材料耐压结构的研究现状进行综述。结合第三代深潜器对水动力特性的要求,总结了耐压结构构型的研究现状,提出椭球形的构型设想。最后讨论了深海潜水器耐压结构的发展趋势。

关键词：深海潜水器耐压结构构型椭球形

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钛合金耐压结构蠕变数值计算方法与试验验证

船舶力学 2019年第2期23卷 190-199页

作者：王雷屈平黄进浩张爱锋万正权中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海载人装备国家重点实验室江苏无锡214082

通过对比分析多种典型蠕变本构模型,考虑应力水平、本构模型、蠕变时间等三个因素的影响,确定了TC4ELI材料钛合金常温压缩蠕变本构方程及其系数,初步建立了钛合金耐压结构蠕变数值计算方法。对钛合金环肋圆柱壳模型开展蠕变数值计算,给... 详细信息

通过对比分析多种典型蠕变本构模型,考虑应力水平、本构模型、蠕变时间等三个因素的影响,确定了TC4ELI材料钛合金常温压缩蠕变本构方程及其系数,初步建立了钛合金耐压结构蠕变数值计算方法。对钛合金环肋圆柱壳模型开展蠕变数值计算,给出蠕变前后模型的应力、应变和位移的变化情况。结果表明:修正的时间强化模型可以表征钛合金耐压结构初始蠕变阶段和稳态阶段的蠕变特性,能够适用于深海钛合金耐压结构的蠕变计算;产生蠕变变形后钛合金耐压结构应力重新分配,高应力区范围有所扩大,蠕变后弹性应变和总应变均减小;相比于纵向,蠕变对环肋圆柱壳结构的径向变形影响更大。

关键词：蠕变钛合金耐压结构蠕变本构方程蠕变曲线数值计算方法