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全海深载人潜水器超高强度钢制载人球壳的极限强度分析与模型试验YU Shuang;HU Yong;WANG Fang;YANG Qing-song;CUI Wei-cheng【摘要】载人耐压舱是保证载人潜水器安全性的最核心部件,文章主要针对上海海洋大学正在研制的万米载人潜水器开展载人球壳的极限强度理论分析和模型试验研究.该载人耐压球壳采用超高强度马氏体镍钢.有限元分析包括静应力分析和屈曲分析,获得了耐压球壳的极限强度和失效模式;在此基础上,设计了模型球进行了极限破坏试验.通过有限元分析结果和试验结果对比,获得了球壳极限破坏压力失效模式和加载过程中球壳表面应变的变化历程.试验结果和有限元结果基本一致,验证了设计方法对马氏体镍钢球壳的适用性.该研究为后续全海深耐压球壳的设计提供了可靠的试验和理论基础.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2019(023)001【总页数】7页(P51-57)【关键词】马氏体镍钢;耐压球壳模型;有限元分析;试验验证【作者】YU Shuang;HU Yong;WANG Fang;YANG Qing-song;CUI Wei-cheng【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】U661.43;U674.940 引言近几年，国际上已在全海深载人潜水器技术上展开激烈的竞争，若我国能在作业型载人潜水器研制中抢得先机，不仅有利于巩固我国在海洋技术上的领先地位，还有助于推动我国在深海科学技术上的发展。
全海深作业型载人潜水器作为当今世界上最为先进的海洋装备的一部分，能够搭载科学家深入大洋深处，直观地进行科学考察与研究工作，在研究海洋地质、资源调查、研究深海生物、海洋化学等方面拥有着不可替代的作用[1]。
载人舱耐压球壳是全海深载人潜水器的关键部件之一，在承受交互变化的静水压力以及深海未知环境的情况下，需保证舱内人员安全以及设备的正常运行。
因此，耐压球壳需要有足够的强度，但同时应尽量减小重量，以免影响潜水器的总体性能和重量指标[2]，各大船级社潜水器和潜水系统规范中对潜水器耐压壳体的设计和制造方法都进行了描述[3-8]。
全海深潜水器耐压壳体设计计算规则【摘要】全海深潜水器耐压壳体设计计算规则是确保潜水器在极端深海环境下安全运行的关键。
本文首先介绍了确定潜水器设计压力的重要性，然后探讨了耐压壳体材料选择、结构设计和强度计算等方面的内容。
对耐压壳体的密封性能评估也进行了详细讨论。
在强调了全海深潜水器耐压壳体设计的重要性，提出了未来发展方向，并对全文进行了总结。
通过本文的阐述，读者可对全海深潜水器耐压壳体设计有更深入的了解，为相关领域的研究和实践提供了有益的参考和指导。
【关键词】全海深潜水器、耐压壳体、设计、计算规则、设计压力、材料选择、结构设计、强度计算、密封性能评估、重要性、未来发展方向、总结1. 引言1.1 全海深潜水器耐压壳体设计计算规则开发全海深潜水器的耐压壳体设计计算规则是非常重要的，因为这是确保潜水器在极端深海环境下安全运行的关键之一。
在设计耐压壳体时，需要考虑到多种因素，包括设计压力的确定、耐压壳体材料选择、结构设计、强度计算以及密封性能评估。
在确定潜水器设计压力时，需要考虑到深海的水压对潜水器的影响，确保耐压壳体能够承受这种极端压力。
随后，在选择耐压壳体材料时，需要考虑到材料的强度、耐腐蚀性能以及轻量化的要求。
结构设计方面，需要考虑到耐压壳体的形状、连接方式以及各个部件之间的关系。
强度计算是设计过程中的关键环节，需要确保耐压壳体在极端条件下不会出现失效。
在评估耐压壳体的密封性能时，需要考虑到潜水器在深海中的环境和运行条件，确保潜水器内部的安全和稳定。
全海深潜水器的耐压壳体设计计算规则的完善和严谨性对于潜水器的安全性和可靠性至关重要。
未来的发展方向应该是进一步提高设计计算规则的准确性和可靠性，以应对不断变化的深海环境挑战。
全海深潜水器的耐压壳体设计计算规则的重要性不言而喻，只有严格按照规则进行设计，才能确保潜水器在深海环境下的安全运行。
2. 正文2.1 潜水器设计压力的确定潜水器设计压力的确定是全海深潜水器耐压壳体设计的关键步骤之一。
4500m深潜器用TC4 ELI钛合金载人球壳制造技术提名单位：中国有色金属工业协会提名奖种：国家科技进步奖提名单位意见：载人球舱是载人深潜器的核心部件。
该项目在钛合金大厚度、大宽度和大重量钛合金材料制备、半球整体成型、电子束焊接和残余应力与真球度控制等方面有重大技术突破和创新，形成了我国具有自主知识产权的相关技术，填补了多项国内空白，整体技术达到国际先进水平，其中球壳的半球成型和组织性能均匀性，以及电子束焊接居国际领先。
项目的完成，是我国载人潜水器真正实现国产化的重要标志，对钛在舰船、潜艇、深潜器、深海空间站及海洋资源开发等海洋高端装备制造方面具有里程碑式的意义。
项目经济效益和社会效益均十分显著。
提名该项目为国家科技进步二等奖。
项目简介“4500m深潜器用TC4 ELI钛合金载人球壳制造技术”属海洋领域的重点研究项目。
研制的钛合金球壳尺寸大（内径达到2.1米，壁厚近60毫米，单重超过4吨），结构复杂（8个孔座、6个法兰），球壳力学性能强度-韧性-强度指标匹配难度系数大，真球度及尺寸精度高(真球度不大于1.004）；大壁厚多焊缝，且焊缝各项性能指标要求与母材相当，总体技术指标高于国外同类产品的技术指标。
项目从2010年开始研制，先后攻克材料制备、半球成型、机械加工、焊接和检验等多项关键技术，成功研制出载人球壳。
2015年12月1日，课题通过了863计划海洋技术领域办公室组织的课题验收，研制的载人球舱已被优选安装在“深海勇士号”载人潜水器上。
客观评价2018年1月25日，中国有色金属工业协会在陕西宝鸡组织召开了“深海勇士”4500m深潜器用TC4 ELI钛合金载人球壳制造技术”项目成果评价会议。
评价意见认为：该项目填补了多项国内空白，整体技术达到国际先进水平，其中球壳的半球成型和组织性能均匀性，以及电子束焊接居国际领先。
应用情况2017年“深海勇士号”圆满完成了最大下潜深度是4534m的海试，并交付中国科学院深海科学与工程研究所。
一种新型深潜器耐压壳的非线性屈曲计算彭懿; 韦乃琨; 赵晶; 甄希金; 王浩【期刊名称】《《舰船科学技术》》【年(卷),期】2019(041)009【总页数】5页(P22-25,109)【关键词】深潜器; 耐压壳; 屈曲【作者】彭懿; 韦乃琨; 赵晶; 甄希金; 王浩【作者单位】上海船舶工艺研究所上海200032; 上海申博信息系统工程有限公司上海200032【正文语种】中文【中图分类】U661.430 引言深海潜水器是在各种复杂海域进行水下科学考察和开发作业的必备装备,是人类研究开发海洋的主要技术之一。
耐压壳作为深海潜水器人员和仪器搭载平台，其可靠性、功能性至关重要。
耐压壳的可靠性表现为抵抗海水压力的能力，下潜越深需要抵抗海水压力越大。
功能性表现为尽可能多地搭载人员和设备，尽可能低的结构重量。
李文跃等[1]对大深度载人潜水器的耐压壳结构形式做了较深入的研究，分析了圆柱形、球形、椭球形耐压壳的特点。
随着潜深的增加，对耐压壳的抗压能力要求越来越高，张呤等[2]提出了一种新型双层耐压壳结构，研究显示其抗屈曲能力较单层耐压壳有显著提高。
随着下潜深度的增加，结构重量与自浮力之间的矛盾将变得更加突出，必须采取有效措施,严格控制结构重量增长幅度，以确保深潜器有效载荷不减少，保持合理的容重比以满足功能需求。
张乃樑[3]对比了圆柱、椭球、球球、球柱球3 种形式耐压壳的容重比，得出椭球的容重比最高。
圆柱形耐压壳尽管在抗压能力上不及球形和椭球形，但在制造工艺难度、水动力特性、成本、空间利用率等方面有明显的优势，因此本文选择圆柱形耐压壳为研究对象。
由于深潜器耐压壳是受外部水压力，所以屈曲是耐压壳破坏的主要原因。
受各种不同力和边界条件约束的圆柱壳屈曲问题，国内外已有大量研究。
L.H.Donnell[4]引入缺陷因子的概念讨论了缺陷对轴压薄壁圆柱壳屈曲的影响；Izhak Sheinman[5]给出了几何缺陷纵环加筋圆柱壳在轴压作用下的屈曲数值解；周承倜[6]和陈铁云[7]等研究了具有初始缺陷的环肋圆柱壳在均匀静水压力作用下的弹塑性屈曲；Yamaki[8]系统地研究了受各种不同力和边界条件约束的圆柱壳的弹性屈曲。
