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，受限于深海設備的技術水平，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，意在為深海設備的產品開發(fā)、科學研究提供重要的試驗環(huán)境和開發(fā)平臺。本文基于某型產品的外液壓科研試驗任務，采用數值模擬優(yōu)化技術和仿真實驗技術，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、限元數值模擬技術，對立式高壓釜的整體結構進行了設計與優(yōu)化?；谠O計技術要求，確定了立式高壓釜的整體結構，通過初步設計得到了高壓釜的主要結構尺寸，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，完成了高壓釜結構的輕量化設計;同時，利用靈敏度分析篩選出了與疲勞結構有關的優(yōu)化設計變量，通過分析樣本空間的計算結果和變量間的響應曲線，完成了高壓釜疲勞結構的優(yōu)化分析。
　　(2)基于密封圈結構與材

3、料的研究，研發(fā)了立式高壓釜的快開門密封結構。根據橡膠材料特性，選取了適宜的超彈性本構模型，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型密封圈在預緊、自緊過程中的密封性能表現;同時，基于單軟唇型密封圈結構，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，最終確定了適用于立式高壓釜快開門結構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構的影響規(guī)律，確定了立式高壓釜密封槽的最佳尺寸選取范圍。
　　(3)根據模糊控制理論，采用MATLAB-AMESim聯合仿真實驗的方法，開發(fā)了基于模糊自適應PID控制的高精度壓力控制系統(tǒng)。根據立式高壓釜壓力控制系統(tǒng)的技術指標，確定了系統(tǒng)的控制原理及結構組成，并采用工程計算方法完成了系統(tǒng)的硬件設計及選型工作;同時，利用MATLAB-AMESim聯合仿真平臺得到了壓力控制系統(tǒng)的批處理結果，結合PID調控的一