深水環(huán)境模擬試驗裝置及其壓力控制系統(tǒng)研發(fā).pdf

1、隨著陸地資源日趨匱乏，探采海洋資源逐漸成為了各國發(fā)展的戰(zhàn)略重點，然而，受限于深海設(shè)備的技術(shù)水平，我國對于海洋資源的探采與開發(fā)能力還尚顯不足。為此，我國開始逐步著手于研制完善的深水環(huán)境模擬試驗裝置，意在為深海設(shè)備的產(chǎn)品開發(fā)、科學(xué)研究提供重要的試驗環(huán)境和開發(fā)平臺。本文基于某型產(chǎn)品的外液壓科研試驗任務(wù)，采用數(shù)值模擬優(yōu)化技術(shù)和仿真實驗技術(shù)，研發(fā)了由立式高壓釜及其壓力控制系統(tǒng)組成的深水環(huán)境模擬試驗裝置。開展的主要工作如下:
　　(1)借助有

2、限元數(shù)值模擬技術(shù)，對立式高壓釜的整體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計與優(yōu)化?；谠O(shè)計技術(shù)要求，確定了立式高壓釜的整體結(jié)構(gòu)，通過初步設(shè)計得到了高壓釜的主要結(jié)構(gòu)尺寸，確定了各部件材料。在滿足強度要求的前提下，提出了基于泄漏失效的剛度約束條件，并以此條件為基礎(chǔ)，完成了高壓釜結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計;同時，利用靈敏度分析篩選出了與疲勞結(jié)構(gòu)有關(guān)的優(yōu)化設(shè)計變量，通過分析樣本空間的計算結(jié)果和變量間的響應(yīng)曲線，完成了高壓釜疲勞結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析。
　　(2)基于密封圈結(jié)構(gòu)與材

3、料的研究，研發(fā)了立式高壓釜的快開門密封結(jié)構(gòu)。根據(jù)橡膠材料特性，選取了適宜的超彈性本構(gòu)模型，從強度、自緊密封效果、使用壽命等方面，對比分析了O型、方型、單軟唇型、Y型密封圈在預(yù)緊、自緊過程中的密封性能表現(xiàn);同時，基于單軟唇型密封圈結(jié)構(gòu)，對丁腈橡膠、氟橡膠、硅橡膠在材料強度、壓縮率、耐候性等方面進行了比較，并分析了在不同硬度條件下密封圈的密封性能參數(shù)，最終確定了適用于立式高壓釜快開門結(jié)構(gòu)密封圈的膠料及其材料硬度范圍;此外，還研究了密封間隙、

4、密封槽寬度對于單軟唇型密封結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，確定了立式高壓釜密封槽的最佳尺寸選取范圍。
　　(3)根據(jù)模糊控制理論，采用MATLAB-AMESim聯(lián)合仿真實驗的方法，開發(fā)了基于模糊自適應(yīng)PID控制的高精度壓力控制系統(tǒng)。根據(jù)立式高壓釜壓力控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，確定了系統(tǒng)的控制原理及結(jié)構(gòu)組成，并采用工程計算方法完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計及選型工作;同時，利用MATLAB-AMESim聯(lián)合仿真平臺得到了壓力控制系統(tǒng)的批處理結(jié)果，結(jié)合PID調(diào)控的一