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力學研究所聚力攻關全海深載人潛水器科學研究

作者:杜特專、孫成奇、賈玲 2020-11-28 15:58 來源:
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  “奮鬥者”號全海深載人潛水器是“十三五”國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項的核心研制任務。圍繞全海深載人潛水器攻關的總體目標,國家投入中央財政經費7.67億元,科技部設立19個項目,組織中國船舶集團第七二研究所、中國科學院深海科学与工程研究所等20家科研院所、13家高校、60余家企業,近千名科研人員聯合開展關鍵技術攻關。 

  中國科學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,隶属中國科學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。 

  研究揭示了深海載人潛水器“耐壓艙”用钛合金Ti62ATC4ELI的(保載)疲勞破壞機制(圖1);發現較低頻率下,隨著加載頻率的增加,疲勞壽命增大(圖2),升/降載時間顯著降低“耐壓艙”用钛合金Ti62A保載疲勞壽命,並且保載疲勞壽命與升載/降載時間在雙對數坐標下呈近似線性關系(圖3);建立了反映載荷形式和缺口對耐壓艙用钛合金Ti62A的疲勞性能影響模型(圖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疲勞壽命隨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

圖3 疲勞壽命隨升載/降載時間的變化,線條爲雙對數坐標下的線性回歸結果中(C-specimen:圓形截面試樣;S-specimen:方形截面試樣)

圖4 軸向加載下沙漏形試樣疲勞實驗數據對旋轉彎曲加載下沙漏形試樣和缺口試樣預測的P-S-N曲線與實驗結果的比較,“×”爲σa=706.2 MPa17個實驗數據點統計分析獲得5%50%95%存活率的疲勞壽命

 

 

 

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