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基于智能材料的深海执行器及海洋仿生机器人研究综述 被引量:7
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作者 郭健 潘彬彬 +2 位作者 崔维成 胡胜兵 韩挚阳 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期301-313,共13页
在"关心海洋、认识海洋、经略海洋"的战略背景下,智慧海洋工程开始向深海推进。新概念海洋装备逐渐向全海深、多学科、精细化、智能化、小型化和低能耗方向发展。智能材料是一种集感知、驱动和控制为一体的新型功能材料,以此... 在"关心海洋、认识海洋、经略海洋"的战略背景下,智慧海洋工程开始向深海推进。新概念海洋装备逐渐向全海深、多学科、精细化、智能化、小型化和低能耗方向发展。智能材料是一种集感知、驱动和控制为一体的新型功能材料,以此为基础的深海执行器和海洋仿生机器人是近年来海洋科学技术的前沿之一。目前,基于智能材料的深海执行器和海洋仿生机器人的深海工程化应用尚处于起步阶段,仍有很多技术难题需要攻克。本文对现阶段国际上常见的智能驱动材料的结构属性和驱动机理进行了介绍,综述了基于智能材料的深海执行器和海洋仿生机器人的国内外研究现状,指出了实际深海工程化应用所需要解决的关键技术挑战,并对未来的发展趋势进行了概述。 展开更多
关键词 智慧海洋 智能驱动材料 深海执行器 海洋仿生机器人
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过载保载对金属材料疲劳裂纹扩展速率影响研究 被引量:5
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作者 王珂 王哲 +1 位作者 王芳 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期895-906,共12页
文章基于载荷次序效应产生影响的原因和相关预报模型,提出了考虑单峰过载和保载共同作用下疲劳裂纹扩展速率预报模型。在文中提出的考虑载荷次序效应的疲劳裂纹扩展速率预报模型的基础上,对几种金属材料在单峰过载、多峰过载、过载与保... 文章基于载荷次序效应产生影响的原因和相关预报模型,提出了考虑单峰过载和保载共同作用下疲劳裂纹扩展速率预报模型。在文中提出的考虑载荷次序效应的疲劳裂纹扩展速率预报模型的基础上,对几种金属材料在单峰过载、多峰过载、过载与保载共同作用下疲劳裂纹扩展速率进行了预报研究,并将预报结果与相应试验结果进行了比较,对考虑载荷次序效应的疲劳裂纹扩展速率预报模型的适用性进行了验证。 展开更多
关键词 载荷次序 裂纹扩展率 过载保载 潜水器
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三艘全海深载人潜水器阻力性能初步研究(英文) 被引量:8
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作者 李浩 李志伟 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第12期1411-1425,共15页
目前,国际上正在开发的3艘全海深载人潜水器各自采用了不同的水动力设计思想。文章用计算流体力学方法对三艘载人潜水器的水动力特点进行了深入分析和综合比较。DEEPSEA CHALLENGE和Deepsearch潜水器采用了鱼雷外形来减小阻力而Deep Fli... 目前,国际上正在开发的3艘全海深载人潜水器各自采用了不同的水动力设计思想。文章用计算流体力学方法对三艘载人潜水器的水动力特点进行了深入分析和综合比较。DEEPSEA CHALLENGE和Deepsearch潜水器采用了鱼雷外形来减小阻力而Deep Flight Challenger通过安装水翼来提高航行速度。这两种方法都能满足提高下潜、上浮速度的要求。文中的研究将有益于全海深载人潜水器研发工作。 展开更多
关键词 全海深 载人潜水器 水动力性能 下潜、上浮时间 计算流体动力学
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全海深载人潜水器用浮力材料的初步研究(英文) 被引量:9
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作者 崔维成 郭健 潘彬彬 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期736-757,共22页
目前我国有两台全海深载人潜水器和几台全海深无人潜水器和着陆器正在研制。在所有的这些深海装备中,全海深载人潜水器代表着深海技术的制高点。要设计一台全海深载人潜水器,如何来选择浮力材料就是其中的关键问题之一。文章针对全海深... 目前我国有两台全海深载人潜水器和几台全海深无人潜水器和着陆器正在研制。在所有的这些深海装备中,全海深载人潜水器代表着深海技术的制高点。要设计一台全海深载人潜水器,如何来选择浮力材料就是其中的关键问题之一。文章针对全海深载人潜水器浮力材料选择过程中所涉及的各种问题开展初步研究。通过研究,获得的主要结论是,满足规范要求的1.5倍安全系数的浮力材料目前还没有。如果要降低安全系数,根据有限的试验数据的经验外插,可以把安全系数降至1.4,但需要对满足1.4倍安全系数的浮力材料开展深入的吸水率特性研究。同时,针对现有浮力材料密度过大的问题,文中提出了一种在大型浮力块中添加陶瓷球的思路,可以把密度从0.7 g/cm^3下降至0.64 g/cm^3。该文的研究可为全海深载人潜水器浮力材料的选择提供一定的理论基础。 展开更多
关键词 载人潜水器 全海深 浮力材料 静水破坏压力 吸水率
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全海深载人潜水器用浮力材料的有效弹性模量特性研究(英文) 被引量:4
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作者 陈鹿 王芳 +1 位作者 崔维成 谢晶 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期1486-1499,共14页
为了研制性能更加优越的全海深浮力材料,文章针对由玻璃微珠和环氧树脂基体组成的复合泡沫材料建立体心立方单胞的微观力学模型,通过ANSYS有限元软件,对不同玻璃微珠体积分数和不同玻璃微珠壁厚组合的浮力材料进行了力学分析,结果表明:... 为了研制性能更加优越的全海深浮力材料,文章针对由玻璃微珠和环氧树脂基体组成的复合泡沫材料建立体心立方单胞的微观力学模型,通过ANSYS有限元软件,对不同玻璃微珠体积分数和不同玻璃微珠壁厚组合的浮力材料进行了力学分析,结果表明:(1)最大应力主要集中在玻璃微珠内表面,并有明显的应力梯度;(2)当玻璃微珠体积分数相同时,随着r/R的减小,最大应力从玻璃微珠赤道位置的边界点逐渐向赤道位置扩展,随着r/R的进一步减小,应力开始向基体转移;(3)有效弹性模量曲线相交于r/R=0.962,玻璃微珠体积分数越大,随着r/R的增大,有效弹性模量减小越快;(4)t/R>0.04时,随着玻璃微珠体积分数的增大,相对弹性模量呈增大的趋势;(5)获得了玻璃微珠厚度、体积分数与有效弹性模量及浮力材料比重之间的关系图,为高性能全海深浮力材料的研制提供了理论依据。 展开更多
关键词 全海深 浮力材料 有效弹性模量 有限元分析
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随机载荷次序效应对海洋结构物疲劳裂纹扩展的影响 被引量:3
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作者 李珊珊 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期139-151,共13页
变幅载荷作用下的疲劳裂纹扩展情况更能够反映海洋结构物真实的疲劳行为。已有的关于载荷次序问题的研究中,多是考虑在定幅值载荷历程中加入单个或多个超载/低载,或加入块状超载/低载,使变幅载荷序列得到简化。文章则主要研究更接近真... 变幅载荷作用下的疲劳裂纹扩展情况更能够反映海洋结构物真实的疲劳行为。已有的关于载荷次序问题的研究中,多是考虑在定幅值载荷历程中加入单个或多个超载/低载,或加入块状超载/低载,使变幅载荷序列得到简化。文章则主要研究更接近真实情况的随机载荷序列,超载、低载随机相互作用下的载荷次序效应对海洋结构疲劳裂纹扩展率的影响。首先介绍了载荷次序效应问题的研究现状和基本结论,总结了考虑载荷次序效应的变幅载荷作用下疲劳裂纹扩展模型,然后简单介绍了文中应用的疲劳寿命预报统一方法 (Unified Fatigue Life Prediction,UFLP)的基本思想,最后给出了随机载荷作用下,应用UFLP法计算海洋结构物疲劳裂纹扩展的示例。 展开更多
关键词 载荷次序效应 变幅载荷 裂纹扩展 标准载荷时间历程 疲劳寿命预报统一方法
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海洋结构物疲劳裂纹扩展寿命的一种工程预报方法(英文) 被引量:8
7
作者 闫小顺 黄小平 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期323-334,共12页
海洋结构物疲劳寿命的准确预报对海洋结构安全具有重要意义。基于裂纹扩展的寿命预报相比于常规的基于累积损伤理论的寿命预报方法,能够考虑载荷次序、初始缺陷等重要因素的影响,各大船级社极力推进裂纹扩展理论在海洋工程中的应用。文... 海洋结构物疲劳寿命的准确预报对海洋结构安全具有重要意义。基于裂纹扩展的寿命预报相比于常规的基于累积损伤理论的寿命预报方法,能够考虑载荷次序、初始缺陷等重要因素的影响,各大船级社极力推进裂纹扩展理论在海洋工程中的应用。文章从裂纹扩展法则、应力强度因子求解、疲劳载荷谱模拟上对裂纹扩展理论的工程应用进行研究,试图找出准确、合理且相对简单的方法。结合裂纹扩展的单一曲线模型、基于有限元子模型技术的应力强度因子求法以及基于谱分析的疲劳载荷谱产生方法,对某半潜式钻井平台典型焊接节点进行基于裂纹扩展疲劳寿命预报,并讨论了初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。结果表明,该半潜平台焊接结构符合设计寿命的要求,初始裂纹尺寸对疲劳寿命影响很大,可为海洋结构物基于裂纹扩展的疲劳寿命预报提供参考。 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展 单一曲线模型 谱分析 应力强度因子 半潜平台
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半潜式钻井平台改造升级技术分析 被引量:1
8
作者 杜庆贵 冯玮 +3 位作者 谢彬 李迅科 粟京 姜哲 《石油矿场机械》 2015年第11期1-8,共8页
半潜式钻井平台是深海油气资源开发的重要装备。我国目前有13座半潜式钻井平台在役,世界上有243座半潜式钻井平台在役,平台数量的增多需要有更多的维护升级技术做支持。为了提高平台的作业性能,提高平台的投资产出比,半潜式钻井平台在... 半潜式钻井平台是深海油气资源开发的重要装备。我国目前有13座半潜式钻井平台在役,世界上有243座半潜式钻井平台在役,平台数量的增多需要有更多的维护升级技术做支持。为了提高平台的作业性能,提高平台的投资产出比,半潜式钻井平台在全生命周期中通常会经历多次升级改造。研究分析了半潜式钻井平台的常见改造升级目的,举例论述了几种主流平台改造方案,分析了不同改造方案对船体结构的影响。针对我国现役半潜式钻井平台,提出了几点改造升级建议,为平台的升级改造及退役再利用提供参考。 展开更多
关键词 半潜式钻井平台 生命周期 升级 改造
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基于统一的疲劳寿命预报方法(UFLP)的深潜器载人舱疲劳可靠性分析(英文) 被引量:4
9
作者 王莹莹 王芳 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期335-347,共13页
疲劳是承受循环载荷的金属结构最重要的失效机制,现已有多种金属疲劳寿命预报方法。实际的设计、制造、加工和操作等工序环节中总是存在不确定性,这些不确定性的影响将在结构的疲劳寿命中富集,为此发展了疲劳可靠性分析。该文讨论了将... 疲劳是承受循环载荷的金属结构最重要的失效机制,现已有多种金属疲劳寿命预报方法。实际的设计、制造、加工和操作等工序环节中总是存在不确定性,这些不确定性的影响将在结构的疲劳寿命中富集,为此发展了疲劳可靠性分析。该文讨论了将疲劳可靠性分析方法和统一的疲劳寿命预报方法(UFLP)相结合的可行性,为海洋结构物的安全使用提供参考。文中的极限状态方程是基于统一的疲劳寿命预报方法(UFLP)得到的,并讨论了其中各参数对疲劳寿命的影响;针对一组TC4-ELI的疲劳裂纹扩展数据,分别采用Monte-Carlo法和JC法开展了疲劳可靠性分析,两种分析方法得到的结果彼此符合得较好。 展开更多
关键词 疲劳 裂纹扩展 断裂力学
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基于改进裂纹扩展率模型的破损加筋板疲劳寿命预报方法(英文) 被引量:3
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作者 王芳 黄小平 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期700-710,共11页
文章作者基于部分裂纹闭合的概念提出了一个改进的裂纹扩展率模型,对其参数的确定方法进行了研究,并将模型预报结果与多种合金的试验结果进行了比较验证。基于该模型建立典型构件的设计和评估流程是将该模型成功应用于船舶结构疲劳寿命... 文章作者基于部分裂纹闭合的概念提出了一个改进的裂纹扩展率模型,对其参数的确定方法进行了研究,并将模型预报结果与多种合金的试验结果进行了比较验证。基于该模型建立典型构件的设计和评估流程是将该模型成功应用于船舶结构疲劳寿命预报的重要内容之一。加筋板是船舶结构最重要的单元,文中基于改进模型,对含穿透裂纹和表面裂纹的破损加筋板的疲劳寿命预报方法进行了分析,并与试验结果进行了比较,证明了该模型的有效性。 展开更多
关键词 加筋板 改进疲劳裂纹扩展率模型 疲劳寿命预报
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一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法 被引量:2
11
作者 张鼎 黄小平 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期541-552,共12页
风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹... 风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。 展开更多
关键词 风暴模型 波浪诱导应力 单一曲线模型 焊接残余应力 表面裂纹 疲劳裂纹扩展预报
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全海深双球连接耐压舱的结构设计探索(英文) 被引量:2
12
作者 李浩 王芳 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第9期1160-1169,共10页
钛合金耐压球壳被广泛地应用于大深度载人潜水器。但是,由于受到材料强度的限制,若采用成熟的Ti-6Al-4VELI来设计3人型的全海深载人舱,其壁厚将超出很多国家的现有制造能力。为了解决这一矛盾,该文提出了一种新的双球连接的方案,并以中... 钛合金耐压球壳被广泛地应用于大深度载人潜水器。但是,由于受到材料强度的限制,若采用成熟的Ti-6Al-4VELI来设计3人型的全海深载人舱,其壁厚将超出很多国家的现有制造能力。为了解决这一矛盾,该文提出了一种新的双球连接的方案,并以中国船级社最新的强度标准作为优化约束条件,用有限元分析法对这种结构形式进行了优化设计。最后,对双球结构方案与传统单球方案作了比较。 展开更多
关键词 载人深潜器 载人舱 钛合金 TI-6AL-4V ELI 全海深 双球连接壳
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超载基础上的短时间保载所产生的塑性区对疲劳裂纹扩展率的影响(英文) 被引量:1
13
作者 王芳 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第9期1117-1128,共12页
潜水器所受变幅循环载荷中包含了疲劳和室温蠕变两种载荷模式。由于变幅载荷的复杂性,要预报结构的寿命需要对载荷进行合理的简化。其中一个典型的简化载荷模式就是在循环载荷的基础上具有单个超载并在超载基础上进行短时间保载。以往... 潜水器所受变幅循环载荷中包含了疲劳和室温蠕变两种载荷模式。由于变幅载荷的复杂性,要预报结构的寿命需要对载荷进行合理的简化。其中一个典型的简化载荷模式就是在循环载荷的基础上具有单个超载并在超载基础上进行短时间保载。以往的试验研究表明,超载基础上的短时间保载会造成裂纹扩展的迟滞,但目前无可靠的理论模型能够预报这一现象。文章针对这一载荷模式,提出了一个基于裂纹尖端单向压缩塑性区变化的简化预报模型,给出了超载和保载共同产生的塑性区大小以及裂纹闭合大小的计算方法,并以常用潜水器材料TC4 ELI为例进行了演示。其中,裂纹扩展率模型及蠕变模型参数均通过试验获得。计算结果显示,该模型能够合理地反映保载塑性区造成的裂纹扩展迟滞效应。 展开更多
关键词 裂纹扩展率 超载保载 塑性区 潜水器
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全海深耐压壳备选材料——马氏体镍钢18Ni(250)和18Ni(350)的裂纹扩展率特性(英文) 被引量:1
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作者 张苏杰 王芳 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期1540-1548,共9页
正在研制的全海深载人舱及可调压载水舱等其他耐压壳体将采用马氏体镍钢材料制造。其中,18Ni(250)和18Ni(350)是两种备选的马氏体镍钢。在设计过程中,必须依据材料特性对耐压舱的寿命进行合理预报,以确保载人潜水器的使用安全。文中给出... 正在研制的全海深载人舱及可调压载水舱等其他耐压壳体将采用马氏体镍钢材料制造。其中,18Ni(250)和18Ni(350)是两种备选的马氏体镍钢。在设计过程中,必须依据材料特性对耐压舱的寿命进行合理预报,以确保载人潜水器的使用安全。文中给出了18Ni(250)和18Ni(350)这两种材料的系列裂纹扩展率试验数据,并依据其中某一载荷比条件下的一组试验数据确定了用于寿命预报的统一裂纹扩展率模型参数。根据这些参数,对其他载荷比下的裂纹扩展率曲线进行了预报,并与试验结果进行了对比。对比结果表明了该模型及其参数预报方法对这两种材料的适用性。该项研究可为基于断裂力学的全海深载人舱和可调压载水舱的寿命预报提供基础。 展开更多
关键词 马氏体镍钢 全海深载人舱 裂纹扩展率 18Ni(250) 18Ni(350)
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