深潜器观察窗力学性能分析及结构优化

摘要

世界经济的发展越来越受到陆上资源日益减少的制约，海洋作为人类发展的第二大空间，深海资源的开发利用则成为了当代各国竞争的热点。开展对深海领域的探索，努力提高我国海洋资源的开发能力，积极发展海洋经济，对于坚决维护我国的海洋权益、建设海洋强国具有重要的战略意义。
　　深海载人潜水器是人类开发海洋空间的一种最为有效的手段，是海底资源的探索、海底任务执行的必要设备，同时也是保护海洋空间的重要举措，因此深海载人潜水器的开发和研制是具有深远意义的战略性前沿高科技。
　　深海载人潜水器的关键技术之一是如何使其开口结构部分具有足够的安全可靠性。随着下潜深度的加大，整个潜水器的外海水压力随之增加，这就对开口结构部分的的结构强度以及密封性能提出了相当高的要求。潜水器的开口结构主要分为供工作人员使用的观察窗口和出入舱口两种样式。
　　本文主要针对深海载人潜水器的观察窗结构进行讨论。基于弹塑性力学的分析计算方法与接触面力学的相关理论，并结合ANSYS有限元软件，对观察窗与窗座之间的接触面进行研究分析，探究其在不同摩擦系数下的应力、应变情况；基于聚类分析的理论对接触面上施加的摩擦系数进行分类，按照分类得到的结果分段施加到接触面上，探讨接触面的承载情况，得到更为优化的观察窗接触面形式；针对潜水器观察窗的轴向应力的求解，基于BP神经网络的理论方法，提出了观察窗的神经网络求解办法，并与ANSYS有限元的求解结果进行对比，这样就突破了以往只局限于使用有限元仿真进行求解的方法；文章的最后提出了一种新型的球扇形观察窗的结构，与球扇形观察窗在应力应变、接触面力学性及光学性能方面进行了综合分析和对比，论证了新型观察窗的可行性。
　　本文针对潜水器观察窗结构所使用的分析方法、结论及结构优化方案对深海探测装备的设计具有一定的参考价值。

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第一章 绪论

1.1课题的背景

1.2深海载人潜水器的研究意义与现状

1.3课题研究的主要内容

第二章 观察窗的接触分析

2.1潜水器观察窗的设计概况

2.2 接触问题的分类

2.3 观察窗结构ANSYS有限元模型

2.4 单一摩擦系数对观察窗力学性能的影响

2.5 基于聚类分析法的分段摩擦系数对潜水器观察窗力学性能影响的分析

2.6 接触面分成2段

2.7 观察窗接触面分成4段

2.8 本章小结

第三章 基于BP神经网络的观察窗轴向应力分析方法的探讨

3.1 神经网络的发展和应用

3.2 BP神经网络

3.3 深海潜水器观察窗的神经网络分析

3.4 与有限元结果进行对比

3.5 本章小结

第四章 新型球扇形观察窗

4.1 传统观察窗的结构形式

4.2 新型球扇形观察窗

4.3 本章小结

第五章 全文总结及展望

5.1 主要研究内容与结论

5.2 本文的创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文