﻿ 载人潜水器载体框架结构计算与试验研究
 舰船科学技术  2023, Vol. 45 Issue (13): 1-5    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2023.13.001 PDF

1. 中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082;
2. 深海技术科学实验室，江苏 无锡 214082;
3. 深海载人装备国家重点实验室，江苏 无锡 214082

Calculation and experimental research on framework of manned submersible
CHEN Peng1,2,3, LI Ling-long1,2,3, LI Yan-qing1,2,3, YE Cong1,2,3
1. China Ship Scientific Research Center, Wuxi 214082, China;
2. Taihu Laboratory, Wuxi 214082, China;
3. State Key Laboratory of Deep-Sea Manned Equipment, Wuxi 214082, China
Abstract: As an important part of manned submersible, the framework not only meets the requirements of general layout, but also has enough strength, stiffness and stability. Taking the framework of a certain manned submersible as an example, according to the Code for The Classification and Construction of Submersible Systems and Submersible Vehicles, the strength, stability and stiffness of the framework were analyzed by the combined analysis method of the overall beam element model and the local fine model, and the ultimate bearing capacity test of the framework was verified. The results show that the framework had withstood the ultimate load test and the design of the framework is reasonable. The experimental results are in good agreement with the calculated results, indicating that the combined analysis method of the overall beam element model and the local fine model can provide a reference for the structural calculation and optimization design of the submersible framework.
Key words: framework     ultimate bearing capacity test     FEM     beam element model     fine model
0 引　言

1 载体框架结构分析 1.1 载体框架设计方案

 图 1 载体框架设计方案 Fig. 1 Framework design scheme

1.2 计算载荷、安全系数和校核许用值[8-10]

1.3 载体框架结构计算方法

 图 2 载体框架结构分析方法 Fig. 2 Framework structure analysis method
1.3.1 总体桁架梁单元模型

 图 3 总体桁架梁单元模型 Fig. 3 Truss beam element model

 图 4 总体模型位移云图 Fig. 4 deformation cloud

1.3.2 局部精细化模型

 图 5 起吊框架节点精细化模型 Fig. 5 Fine model of lifting joint

 图 6 球壳底部支撑异性梁节点精细化模型 Fig. 6 Fine model of heterotrophic beam joints supported

2 载体框架承载试验 2.1 试验基本情况

 图 7 载荷施加位置 Fig. 7 Position of load application

 图 8 承载试验弯矩 Fig. 8 Load test bending moment

 图 9 应变和位移测点图（右舷） Fig. 9 Strain and displacement point map (starboard)
2.2 试验结果

 图 10 载体框架应力测量值 Fig. 10 Measured value of framework stress

3 计算与试验对比分析

 图 11 垂向位移试验值与计算值 Fig. 11 Measured value and calculation value of vertical displacement

 图 12 梁截面测点应力试验值与计算值 Fig. 12 Measured value and calculation value of beam section stress

 图 13 球壳底部支撑异性梁测点应力试验值与计算值 Fig. 13 Measured value and calculation value of support beam stress

4 结　语

1）对载人潜水器载体框架进行静态加卸载试验，整个过程未见异常。载体框架承受住了2.04倍自重的静态载荷考核，说明载体框架设计合理，结构安全性能满足使用要求。

2）由计算结果和试验结果对比分析可知，两者吻合度较好，采用本文提出的总体桁架梁单元模型和局部精细化模型联合分析的计算方法能够用于计算框架的强度、刚度和稳定性，且计算结果偏安全。

3）试验结果显示，梁截面测点应力普遍较低，说明框架结构重量还有一定的优化空间。

4）本文建立的框架承载能力试验系统，能够用于载人潜水器载体框架的结构性能考核，为产品的出厂验收提供依据。

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