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力学研究所聚力攻关全海深载人潜水器科学研究

作者:杜特专、孙成奇、贾玲 2020-11-28 15:58 来源:
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  “奋斗者”号全海深载人潜水器是“十三五”国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项的核心研制任务。围绕全海深载人潜水器攻关的总体目标,国家投入中央财政经费7.67亿元,科技部设立19个项目,组织中国船舶集团第七二研究所、中国科学院深海科学与工程研究所等20家科研院所、13家高校、60余家企业,近千名科研人员联合开展关键技术攻关。 

  中国科学院力学研究所是我院最先开展海洋工程研究的单位之一,具有全面坚实的学科积累和技术储备。十三五期间,为更好地支撑“奋斗者”号全海深载人潜水器的研制任务,力学所与深海所成立深海力学研究的联合实验室,隶属中国科学院深海技术创新研究院,共同为全海深载人潜水器的关键力学问题提供技术攻关。围绕全海深耐压结构的疲劳破坏机制和寿命评估技术,以及非定常潜浮运动快速仿真方法开展研究,为结构和外型设计提供支撑。 

  研究揭示了深海载人潜水器“耐压舱”用钛合金Ti62ATC4ELI的(保载)疲劳破坏机制(图1);发现较低频率下,随着加载频率的增加,疲劳寿命增大(图2),升/降载时间显著降低“耐压舱”用钛合金Ti62A保载疲劳寿命,并且保载疲劳寿命与升载/降载时间在双对数坐标下呈近似线性关系(图3);建立了反映载荷形式和缺口对耐压舱用钛合金Ti62A的疲劳性能影响模型(图4)。 

图1 (a)和(b):具有“小平面”特征的疲劳断口扫描电镜照片,σmax=693 MPa, Nf=3.27×105;(c)和(d):“小平面”区域(图(b)中蓝线位置)沿主应力抛面的扫描电镜照片;(e)和(f):图(d)中方框区域电子背散射衍射观测结果

 

图2 Ti62A疲劳寿命随加载频率的变化关系,线条为双对数坐标下的线性回归结果

图3 疲劳寿命随升载/降载时间的变化,线条为双对数坐标下的线性回归结果中(C-specimen:圆形截面试样;S-specimen:方形截面试样)

图4 轴向加载下沙漏形试样疲劳实验数据对旋转弯曲加载下沙漏形试样和缺口试样预测的P-S-N曲线与实验结果的比较,“×”为σa=706.2 MPa17个实验数据点统计分析获得5%50%95%存活率的疲劳寿命

 

 

 

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