氮化硅陶瓷空心浮力球在內爆臨界狀態下的失效分析

作者：張曉龍,馮淼林,趙敏,張培志,何成貴,祁海,韓偉月,郭方全

摘要：氮化硅陶瓷具有密度小強度高的優點,在深潛浮力設備領域具有廣闊發展前景。然而陶瓷材料固有的脆性以及萬米深海嚴苛的工作環境,使得氮化硅陶瓷空心浮力球在深水環境下面臨著內爆的風險。為探究氮化硅陶瓷空心浮力球在內爆臨界狀態下的失效問題,設計并進行了三點彎曲試驗,確定了氮化硅陶瓷材料的力學性能參數,包括彈性模量和破壞應力;隨后對氮化硅陶瓷空心浮力球內爆試驗的過程及結果進行了回顧總結;基于標準球殼模型與浮力球實物的CT掃描幾何模型,對浮力球在內爆臨界狀態的失效過程進行了有限元仿真分析。結果表明:氮化硅陶瓷空心浮力球的性能存在一定不穩定性;結構內表面局部過大的拉應力是造成失效的主要原因,對內表面進行預加壓處理或能提高其抗內爆性能。

發文機構：上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院 高新船舶與深海開發裝備協同創新中心 上海市材料研究所上海市工程材料應用評價重點實驗室

關鍵詞：水下內爆氮化硅陶瓷浮力球缺陷underwater implosionsilicon nitride ceramicfloatation spheresimperfections

分類號： P751[交通運輸工程—港口、海岸及近海工程]