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基于ABAQUS的载人潜水器观察窗结构蠕变行为分析

杜青海 江海港 胡晓康

杜青海, 江海港, 胡晓康. 基于ABAQUS的载人潜水器观察窗结构蠕变行为分析[J]. 中国舰船研究, 2022, 17(1): 108–116 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02247
引用本文: 杜青海, 江海港, 胡晓康. 基于ABAQUS的载人潜水器观察窗结构蠕变行为分析[J]. 中国舰船研究, 2022, 17(1): 108–116 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02247
DU Q H, JIANG H G, HU X K. Creep behavior analysis of conical observation window for human occupied vehicle based on ABAQUS[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(1): 108–116 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02247
Citation: DU Q H, JIANG H G, HU X K. Creep behavior analysis of conical observation window for human occupied vehicle based on ABAQUS[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(1): 108–116 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02247

基于ABAQUS的载人潜水器观察窗结构蠕变行为分析

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02247
基金项目: 国家重点研发计划资助项目 (2018YFC0308004);国家自然科学基金资助项目 (51109190 );国家自然科学基金重点资助项目 (51439004)
详细信息
    作者简介:

    杜青海,男,1979年生,博士,副研究员,硕士生导师。研究方向:船舶与海洋结构物、水下工程结构极限强度理论试验及工程设计和应用技术。E-mail:qhdu@shou.edu.cn

    通信作者:

    杜青海

  • 中图分类号: U674.941

Creep behavior analysis of conical observation window for human occupied vehicle based on ABAQUS

知识共享许可协议
基于ABAQUS的载人潜水器观察窗结构蠕变行为分析杜青海,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  观察窗作为载人潜水器(HOV)人员和结构安全的核心部件,准确计算其长周期载荷作用下的结构蠕变性能极其重要。  方法  首先,基于观察窗树脂玻璃材料(丙烯酸塑料材料)拉伸试件蠕变测试数据结果,通过多参数比较优化方法确定时效硬化蠕变模型的基本参数;然后,通过ABAQUS进行观察窗结构建模,耦合时效硬化模型和结构接触,以进行结构蠕变性能分析;最后,基于有限元模型开展观察窗结构多参数和不同加载速度下结构蠕变行为研究。  结果  计算结果表明,无论是计算验证模型还是实物观察窗结构,数值计算与实验测试结果均具有很好的一致性,揭示了高压载荷下观察窗结构蠕变模型的可靠性,且基于时效硬化蠕变模型的数值计算结果更符合观察窗结构真实的力学行为和实际工程应用;参数化优化下锥角为70°的观察窗的结构更加合理、优化,结构的应力水平和蠕变性能更优;高压作用下观察窗高压面中心附近出现的“凹坑”以及窗体内部的“剥离”等现象正是结构蠕变响应的结果。  结论  基于ABAQUS蠕变模型分析观察窗结构的蠕变行为研究准确、可靠,可为载人潜水器的设计优化和寿命分析提供理论参考。
  • 图  锥台型观察窗的基本结构参数

    Figure  1.  Basic structural parameters of conical observation window

    图  PMMA拉伸试件试验应变随时间的变化曲线[11]

    Figure  2.  Variation of strain level of PMMA with time in tensile specimen experimental test[11]

    图  PMMA拉伸试件应变试验值与计算值对比

    Figure  3.  Comparison of strain level between expreimental test and calculation of PMMA tensile specimen

    图  ABAQUS有限元模型的载荷边界约束与网格划分

    Figure  4.  Boundary constraints and grid division of finite element model on ABAQUS

    图  有限元计算结果与试验结果对比

    Figure  5.  Comparison of finite element calculation and experimental test results

    图  保压10 h后观察窗的轴向位移云图

    Figure  6.  Axial displacement contours of conical observation window after holding pressure for 10 h

    图  观察窗轴向位移随时间的变化曲线

    Figure  7.  Variation of the axial displacement of conical observation window with time

    图  观察窗最大应变随时间的变化曲线

    Figure  8.  Variation of the maximum strain level of conical observation window with time

    图  轴向位移随时间的变化趋势

    Figure  9.  The changing trend of axial displacement with time

    图  10  最大等效应力随时间的变化趋势

    Figure  10.  The changing trend of maximum equivalent stress with time

    图  11  最大剪应力随时间的变化趋势

    Figure  11.  The changing trend of maximum shear stress with time

    图  12  最大应变随时间的变化趋势

    Figure  12.  The changing trend of maximum strain with time

    图  13  不同加载速度下位移的变化曲线

    Figure  13.  Variation of displacement under different loading speeds

    图  14  不同加载速度下最大应变的变化曲线

    Figure  14.  Variation of maximum strain under different loading speeds

    图  15  不同加载速度下最大等效应力的变化规律

    Figure  15.  Variation law of the maximum equivalent stress under different loading speeds

    图  16  观察窗外/内表面的应变曲线

    Figure  16.  The strain distribution of outside/inside surface of conical observation window

    图  17  观察窗结构的应变云图

    Figure  17.  The strain contours of conical observation window structure

    图  18  观察窗中心轴线OC的应变曲线

    Figure  18.  The strain distribution along OC at the center axis of conical observation window

    表  丙烯酸塑料的材料力学参数[10]

    Table  1.  Mechanical parameters of PMMA[10]

    参数数值
    弹性模量/MPa2 760
    泊松比0.38
    密度/(kg·m−3)1 190
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    表  确定参数的取点方式及其解

    Table  2.  Point selecting schemes and solution of determined parameters

    取点参数(t/s,σ/ MPa,ε/10−6)Anm
    前端取点(208,30,12 358),(208,35,14 191),(115,40,16 460),(620,40,18 389)1.27×10−40.89−0.934
    中部取点(1 000,30,13 520),(1 000,35,15 740),(1 200,40,19 950),(5 200,40,23 580)3.5×10−50.98−0.89
    后端取点(7 400,35,19 971),(7 400,40,25 258),(7 200,40,25 140),(8 000,40,25 653)4.23×10−111.75−0.81
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    表  “蛟龙号”观察窗主尺度参数[5,7]

    Table  3.  Main dimensions of conical observation window of Jiaolong ship[5,7]

    参数数值
    内侧圆直径Di /mm220
    厚−径比δ/Di1.0
    锥角α/(°)90
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-31
  • 修回日期:  2021-03-21
  • 网络出版日期:  2021-11-25
  • 刊出日期:  2022-03-02

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