大深度潜水器端部球面封头实尺度模型及其建造方法与流程

本发明涉及船体结构设计，尤其涉及一种潜艇模型。

背景技术：

1、在现有的技术中，大潜深结构设计技术研究的主要目的之一就是在满足结构安全性的前提下减轻结构重量。由于耐压平面封头通过弯曲应力来平衡海水压力，结构重量大；耐压球面封头受力特性好、重量轻而成为大深度潜水器端部的首选结构。然而，为满足总体布置的需要，端部耐压封头上不可避免存在大型的多个开孔结构，从而影响了球面封头的承压能力。大深度潜水器端部球面封头的承压能力对初始缺陷较为敏感而具有较大的离散性，以往球面封头的承压能力均采用缩比模型进行验证，存在一定的工艺效应、集成效应和尺度效应，且不能反映在实际工程产品上各类因素耦合后的综合效果。为了大深度潜水器的结构安全性，需要采用实尺度模型进行外压试验，考核在实际尺度、实际材料工艺条件下耐压球面封头的承压能力。同时需要考虑到球面封头上多个大型开孔的影响。

2、对于球形封头，热压整体成型的制造方式，成型精度较差，且成型后需进行调质热处理，仅适用于小直径的球形封头；瓜瓣点压冷成型与拼焊相结合的制造方式，受人为因素影响大、瓜瓣成型精度不高，导致整个球形封头精度难以满足规范要求。

技术实现思路

1、本发明主要目的是提供一种大深度潜水器端部球面封头实尺度模型及其建造方法，其带有开孔加强结构，并采用经过改进后的瓜瓣模压冷成型与拼焊相结合的制造方式，为在实际尺度、实际材料工艺条件下考核耐压球面封头的承压能力提供更高精度的试验模型，为球面封头的设计和建造提供借鉴和参考，且可最大程度地释放球面封头在大深度潜水器上使用的风险。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，所述模型的尺寸与大深度潜水器的实际尺寸相同，模型包括辅助过渡结构、球面封头结构和大型开孔结构；所述辅助过渡结构包括圆锥壳段，所述圆锥壳段的一端直径比另一端直径大；所述球面封头结构包括顶圆板和周界瓜瓣，圆锥壳段小端直径与多块周界瓜瓣的组合件大端直径相匹配并固定连接，多块周界瓜瓣的组合件小端直径与顶圆板的端部直径相匹配并固定连接；所述大型开孔结构包括设置于所述球面封头结构上的若干大型开孔加强围栏和安装于所述大型开孔加强围栏外端的封板。

4、上述方案中，所述辅助过渡结构还包括沿所述圆锥壳段的外圆面周向固定连接的若干肋骨。

5、上述方案中，靠近圆锥壳段小直径一端的两肋骨之间固定连接有纵向加强筋；靠近圆锥壳段大直径一端的肋骨与圆锥壳段外圆面之间固定连接有加强肘板。

6、上述方案中，所述球面封头结构的中心线与辅助过渡结构的轴心线共线；所述辅助过渡结构的失稳破坏压力大于球面封头结构的破坏压力。

7、上述方案中，所述顶圆板有两块，两块顶圆板对接形成顶圆板组合件。

8、上述方案中，所述周界瓜瓣的数量为8-12块。

9、上述方案中，所述大型开孔结构位于周界瓜瓣上部和顶圆板的连接区域；所述大型开孔加强围栏的直径大于300mm；所述大型开孔加强围栏为圆柱形，其轴线与球面封头结构的轴线平行。

10、上述方案中，各部件之间的固定连接方式为焊接。

11、上述方案中，试验时，所述辅助过渡结构、顶圆板、周界瓜瓣和大型开孔加强围栏上安装有应变片。

12、本发明还提出一种大深度潜水器端部球面封头实尺度模型的建造方法，模型采用瓜瓣模压冷成型与拼焊相结合的方式建造，包括以下步骤：

13、s1、按设计尺寸要求加工各部件；其中，周界瓜瓣和顶圆板采用模压冷成型工艺制备；

14、s2、对周界瓜瓣和顶圆板的初始几何偏差进行第一次测量，若径向偏差超过0.13倍球面封头厚度，则进行矫形；

15、s3、将多块周界瓜瓣焊接成组合件；若顶圆板为分体式，则将两块顶圆板焊接成组合件；

16、s4、将周界瓜瓣组合件与顶圆板进行焊接固定；

17、s5、对球面封头的初始几何偏差进行第二次测量，若径向偏差超过0.2倍球面封头厚度，则标识出径向偏差值最大区域；

18、s6、在布置允许的情况下，将大型开孔结构布于径向偏差值最大区域，并在球面封头上切割对应的开口；

19、s7、将大型开孔结构与球面封头结构进行焊接固定；

20、s8、对球面封头的初始几何偏差进行第三次测量，若径向偏差超过0.25倍球面封头厚度，则在将圆锥壳段与周界瓜瓣组合件焊接前设计反变形焊接工装；

21、s9、在反变形焊接工装上将圆锥壳段与周界瓜瓣组合件焊接，并在圆锥壳段外圆面周向焊接肋骨；

22、s10、对球面封头的初始几何偏差进行第四次测量，掌握径向偏差规律，便于预报模型实际承压能力。

23、本发明产生的有益效果是：

24、本发明的大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，1：1的实尺度模型与实际潜水器中采用一致的工艺，使其能够模拟结构在实际尺度、实际工艺、实际使用环境下的安全性以及相关计算方法的准确性，释放结构在实际工程中使用的安全风险；同时考虑了多个大型开孔对球面封头承压能力的影响。

25、球面封头由于采用了瓜与瓣压制冷成形+拼焊工艺制造，具有较高的制造精度高，提升了其承压能力。

26、由于设计的辅助过渡结构较强，在试验中不会先于球面封头破坏，因此本模型能准确地检测出球面封头的实际破坏压力。

27、通过在球面封头和辅助过渡结构上均粘贴应变片，可以更加准确地监测和测量本模型在各种压力下的受力情况和应力分布。

28、在模型建造不同阶段，通过对球面封头的初始几何偏差进行测量，根据各个阶段测量结果及时采用相应的措施，以提高球面封头的制造精度。

1.一种大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，其特征在于，所述模型的尺寸与大深度潜水器的实际尺寸相同，模型包括辅助过渡结构、球面封头结构和大型开孔结构；所述辅助过渡结构包括圆锥壳段，所述圆锥壳段的一端直径比另一端直径大；所述球面封头结构包括顶圆板和周界瓜瓣，圆锥壳段小端直径与多块周界瓜瓣的组合件大端直径相匹配并固定连接，多块周界瓜瓣的组合件小端直径与顶圆板的端部直径相匹配并固定连接；所述大型开孔结构包括设置于所述球面封头结构上的若干大型开孔加强围栏和安装于所述大型开孔加强围栏外端的封板。

2.根据权利要求1所述的大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，其特征在于，所述辅助过渡结构还包括沿所述圆锥壳段的外圆面周向固定连接的若干肋骨。

3.根据权利要求2所述的大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，其特征在于，靠近圆锥壳段小直径一端的两肋骨之间固定连接有纵向加强筋；靠近圆锥壳段大直径一端的肋骨与圆锥壳段外圆面之间固定连接有加强肘板。

4.根据权利要求1所述的大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，其特征在于，所述球面封头结构的中心线与辅助过渡结构的轴心线共线；所述辅助过渡结构的失稳破坏压力大于球面封头结构的破坏压力。

5.根据权利要求1所述的大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，其特征在于，所述顶圆板有两块，两块顶圆板对接形成顶圆板组合件。

6.根据权利要求1所述的大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，其特征在于，所述周界瓜瓣的数量为8-12块。

7.根据权利要求1所述的大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，其特征在于，所述大型开孔结构位于周界瓜瓣上部和顶圆板的连接区域；所述大型开孔加强围栏的直径大于300mm；所述大型开孔加强围栏为圆柱形，其轴线与球面封头结构的轴线平行。

8.根据权利要求1所述的大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，其特征在于，各部件之间的固定连接方式为焊接。

9.根据权利要求1所述的大深度潜水器端部球面封头实尺度模型，其特征在于，试验时，所述辅助过渡结构、顶圆板、周界瓜瓣和大型开孔加强围栏上安装有应变片。

10.一种大深度潜水器端部球面封头实尺度模型的建造方法，其特征在于，模型采用瓜瓣模压冷成型与拼焊相结合的方式建造，包括以下步骤：