宗宇显，刘道启

(内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

美国人卡梅隆驾驶的“深海挑战者”号(Deepsea Challenge)载人潜水器于2012年3月26日到达10898 m的马里亚纳海沟，这一消息又一次把世人的目光聚焦到了深海探索领域［1］。载人潜水器的耐压开口结构是深海探测装备结构设计的关键技术。观察窗作为深潜器开口结构之一，其材料为有机玻璃材质。有机玻璃在海水压力作用下，会随着时间的推移蠕变变形，因此准确掌握观察窗内部的应力分布是观察窗设计的重要基础。文献［2］采用计算分析和试验2种手段对观察窗的蠕变特性进行了研究;文献［3］在文献［2］的基础上对观察窗受力进行了理论上探索;文献［4］在总结文献［2－3］的基础上给出了观察窗轴向应力计算公式 (在此称其为薄层微元理论)，但经Ansys有限元仿真发现，文献［4］给出的观察窗法向应力计算公式与仿真值存在一定的偏差。本文利用弹性半空间理论对观察窗的内部应力进行计算，从而求得更符合实际情况的应力解。

1 观察窗结构

以“和谐”号潜水器为例，其载人球壳直径为2100 mm，设有一直径为200 mm的主观察窗，观察窗与窗座之间的接触锥形面进行了打磨处理，f约为0.1，观察窗与窗座之间的接触形式为面－面接触，具体样式如图1所示。

图1 观察窗样式图Fig.1 The drawing of view-port window

2 两种观察窗应力计算理论分析

2.1 薄层微元理论

文献［4］的薄层微元理论假设观察窗内部应力在同一轴向高度上完全相同，并且考虑了观察窗与窗座之间摩擦力的作用，整个计算过程略显繁琐，且经有限元仿真发现每一微元薄层的应力并不相等，而弹性半空间理论忽略了物体的具体形状，使边界条件大大简化，故尝试利用弹性半空间理论来对其内部应力分布情况进行计算。……