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力学所在深海潜水器耐压舱用钛合金保载疲劳研究中取得进展

更新时间  2024-11-02 阅读 33

     深海中蕴藏着生物和矿产资源,深海潜水器是深海科学研究和资源开发的主要运载工具,“耐压舱”是其核心部件,是人类进入深海的安全屏障。潜水器的每一次作业,耐压舱都承受一次不断变化的海水压力(升载-保载-卸载)作用,这种载荷谱下的疲劳称为保载疲劳(Dwell fatigue)。新型高强韧钛合金是耐压舱的shou选材料,研究其保载疲劳特性对于深海潜水器的设计和可靠性评估具有重要意义。

      研究发现,耐压舱钛合金的三种保载疲劳失效模式,即疲劳失效、延性失效及疲劳与延性混合失效。保载与疲劳载荷的相互作用加速了试样的失效,并导致不同失效模式之间的竞争。研究进一步发现保载疲劳寿命与第one周次累积zui大应变有关,二者在双对数坐标下呈近似线性关系,间歇加载时间对钛合金的保载疲劳行为没有影响。实验结果和理论分析揭示了钛合金的保载疲劳机理,即保载产生的塑性变形增大了试样的实际应力,这促进了已形成裂纹或损伤的扩展,同时,疲劳载荷部分导致的局部塑性应变增大了保载疲劳塑性应变的累积。

      该研究由中国科学院力学研究所LNM微结构计算力学课题组与中国船舶重工集团公司第七〇二研究所等单位合作完成,得到国家重点研发计划项目“深海装备耐压结构体、材料耐压特性及评估技术研究”的支持。相关研究成果发表在Journal of Materials Science & Technology上。(转载)

‌       钛合金耐压舱具有以下主要性能‌:

     1. ‌耐腐蚀性能‌:钛合金具有优良的耐腐蚀性能,不受海水侵蚀,能够在相对较轻的情况下保证下潜强度,是水下探测的理想材料‌。

     2. ‌强度和重量‌:钛合金比强度大,密度在4.55左右,比不锈钢和铝合金更轻,适合用于深海探测设备‌。

     3. ‌加工特性‌:钛合金的热导率小,加工时刀尖温度高,易磨损,因此需要采用特殊的加工方法和安装防震架以防深切削时工件挠曲变形‌。

‌     钛合金耐压舱的应用领域‌:

     1. ‌深海探测仪器‌:钛合金耐压舱广泛应用于深海探测仪器密封保护,如水下相机、电源等‌。

     2. ‌无人遥控潜水器和自主式水下潜航器‌:钛合金耐压舱体用于这些设备的壳体,提供强度和耐腐蚀性能‌。

     3. ‌舰船领域‌:在舰船上,钛合金材料用于电子信息系统、电力系统、辅助系统、船体结构件、推进系统等‌。

‌     钛合金耐压舱的加工方法‌:

‌      CNC车、铣、钻、深孔加工、镗、攻丝等技术手段‌:这些方法能够满足钛合金耐压舱的加工需求‌。