氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的失效分析

作者：张晓龙; 冯淼林; 赵敏^*; 张培志; 何成贵; 祁海; 韩伟月; 郭方全

来源：海洋工程, 2020, 38(06): 70-76.

DOI：10.16483/j.issn.1005-9865.2020.06.008

• 水下内爆
• 氮化硅陶瓷
• 浮力球
• 缺陷

氮化硅陶瓷具有密度小强度高的优点,在深潜浮力设备领域具有广阔发展前景。然而陶瓷材料固有的脆性以及万米深海严苛的工作环境,使得氮化硅陶瓷空心浮力球在深水环境下面临着内爆的风险。为探究氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的失效问题,设计并进行了三点弯曲试验,确定了氮化硅陶瓷材料的力学性能参数,包括弹性模量和破坏应力;随后对氮化硅陶瓷空心浮力球内爆试验的过程及结果进行了回顾总结;基于标准球壳模型与浮力球实物的CT扫描几何模型,对浮力球在内爆临界状态的失效过程进行了有限元仿真分析。结果表明:氮化硅陶瓷空心浮力球的性能存在一定不稳定性;结构内表面局部过大的拉应力是造成失效的主要原因,对内表面进行预加压处理或能提高其抗内爆性能。

• 单位
  建筑工程学院; 上海材料研究所; 上海交通大学