深海耐压结构观察窗应力分析

刘道启，胡 勇，田常录，崔维成

（1北京交通大学，北京100044；2中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082；3江南大学机械学院，江苏 无锡 214122）

1 引 言

深海资源的探测与开发必须以深海装备的研制为前提。世界主要海洋大国均在大力发展各类深海探测与开发装备。而耐压开口结构的设计是这类深海载人潜水器结构设计的关键技术。例如，我国的"和谐号"载人深潜器的工作深度为7000m[1]，载人球开口结构主要有观察窗和人员出入舱口两种。观察窗材料性能不同于金属材料，在高海水压力作用下，观察窗玻璃随着时间的推移逐渐产生蠕变变形。这种蠕变变形与受压时间、外载荷、有机玻璃材质、观察窗与金属窗座之间的接触几何形式、接触面的润滑状态等因素均有关系。在掌握窗玻璃的蠕变特性条件下，方可进行载人球窗座设计。否则可能出现观察窗挤出窗座或者在蠕变过程中变形不协调使得密封失效，从而带来安全隐患。因此，观察窗的设计不仅涉及到强度问题，还涉及到蠕变问题、密封问题和接触边界等问题。

文献[1]针对大深度载人潜水器的观察窗，采用计算分析和试验研究两种手段对大深度潜水器观察窗的蠕变特性进行了研究，积累了一些工程经验，它为类似深海耐开口结构的设计提供了工程方面的参考。本文在文献[1]的基础上，针对大深度潜水器观察窗的受力形式进行了理论方面的探索，推导获得了观察窗应力分析的理论方法和计算公式。……