Аптымальная канструкцыя сферычнай абалонкі вібрацыйнага вектарнага гідрафона (1)

Анатацыя: Для вырашэння праблемы структурнага ціску глыбакаводных вектарных гідрафонаў атрымана формула максімальнага напружання сферычнай абалонкі вонкавага ціску, а таксама ўплыў матэрыялаў і памераў сумеснай вібрацыі сферычнага вектарнага гідрафона . Тут аналізуюцца акустычныя характарыстыкі і характарыстыкі ціску Зыходзячы з гэтага, дадзены метад праектавання мінімальнай сярэдняй шчыльнасці танкасценнай ціскаўстойлівай сферычнай абалонкі. Вывучаны тыповыя глыбакаводныя інжынерныя матэрыялы, абраны матэрыял з алюмініевага сплаву і выраблены сумесны вібрацыйны сферычны вектарны гідрафон з разліковай глыбінёй устойлівасці да ціску 3000 м. Канструкцыя гідрафона, устойлівая да ціску, была змадэлявана метадам канечных элементаў, і былі пратэставаны яго адчувальнасць, накіраванасць і здольнасць устойлівасці да ціску. Вынікі паказваюць, што вектарны гідрафон мае добрую косінусную накіраванасць, адчувальнасць -188 дБ пры 500 Гц і можа вытрымліваць знешні ціск 37,5 МПа. Гэта пацвярджае метад распрацоўкі і распрацоўку танкасценнай, устойлівай да ціску, сферычнай абалонкі мінімальнай сярэдняй шчыльнасці, прыведзенай у гэтым артыкуле. Рацыянальнасць і мэтазгоднасць канструкцыі прататыпа

 

Уводзіны

 

The вібрацыйны вектарны гідрафон можа вымяраць інфармацыю аб вектары вібрацыйнай хуткасці ў асяроддзі гукавога поля, а адзін вектарны гідрафон можа завяршыць пеленгаванне акустычнай мэты. Ён таксама мае такія перавагі, як невялікі памер, нізкае энергаспажыванне, высокая адчувальнасць, умераны дыяпазон частот і вельмі прыдатны для ўстаноўкі на падводных беспілотных платформах, такіх як падводныя планёры і профільныя буі, для выканання такіх задач, як выяўленне мэтаў і маніторынг марскога навакольнага шуму. У цяперашні час з развіццём тэхналогіі ўстойлівасці да ціску рабочая глыбіня розных падводных беспілотных платформаў павялічваецца, што прад'яўляе больш высокія патрабаванні да здольнасці вектарных гідрафонаў да ўстойлівасці да ціску. ЗША, Расія і іншыя краіны распрацавалі вектарныя гідрафоны з рабочай глыбінёй 5000~6000 м. Унутры краіны гэта ўсё яшчэ знаходзіцца на пачатковай стадыі даследаванняў. Вектарны гідрафон з устойлівасцю да ціску на глыбіні 1000 м быў выраблены з выкарыстаннем эпаксіднай смалы і кампазіцыйнага матэрыялу са шклянымі мікрашарыкамі і алейнага напаўнення металічнай абалонкі. Адчувальнасць і накіраванасць гідрафона нездавальняючыя; схема двухслаёвай абалонкі з вонкавай кампазітнай абалонкі і ўнутранай абалонкі з алюмініевага сплаву выкарыстоўваецца для распрацоўкі вектарнага гідрафона з глыбінёй устойлівасці да ціску 2000 м. З-за вялікага памеру яго высокая Верхняя мяжа частоты складае ўсяго 1000 Гц; устойлівы да ціску кампазітны вібрацыйны вектарны гідрафон быў распрацаваны і выраблены з металічнай абалонкай, пакрытай паліурэтанавай абалонкай. Тэст апускання, максімальная глыбіня апускання 1200 м. Канструкцыя тонкай абалонкі з алюмініевага сплаву ў форме капсулы рэалізуе гідрафон з вібрацыйным вектарам з устойлівасцю да ціску 20 МПа. У гэтым артыкуле адпаведная тэорыя канструкцыі сасудаў пад ціскам прымяняецца да распрацоўкі вектарнага гідрафона вялікай глыбіні, а аднаслаёвая танкасценная сферычная абалонка, вырабленая з высокатрывалых металічных матэрыялаў, непасрэдна выкарыстоўваецца ў якасці ўстойлівай абалонкі вектарнага гідрафона. Працэс гэтай схемы адносна просты, і можа дасягнуць вялікай глыбіні вытрымлівання напружання. У гэтай схеме, як выбраць матэрыял сферычнай абалонкі і распрацаваць памер сферычнай абалонкі, каб акустычныя характарыстыкі вектарнага гідрафона можна было палепшыць, наколькі гэта магчыма, пры ўмове, што ўстойлівасць да ціску адпавядае патрабаванням, з'яўляецца ключом да распрацоўкі сферычнай абалонкі вектарнага гідрафона пад ціскам.

 

1 Фактары, якія ўплываюць на акустычныя характарыстыкі сувібрацыйнага сферычнага вектарнага гідрафона

 

Пры сумеснай вібрацыі нізкачашчынны вектарны гідрафон працуе ў падводным гукавым полі, ён будзе вібраваць пад дзеяннем гукавога поля. Усталюйце яго вібрацыйную хуткасць на v. Акрамя таго, усталюйце становішча зыходнага геаметрычнага цэнтра гідрафона, калі гідрафон не знаходзіцца ў гукавым полі. Калі вібрацыйная хуткасць часціцы асяроддзя роўная v0, перадумова наступнай залежнасці (3) можа быць выяўлена як частата гукавой хвалі fc 2 π R. З ураўнення (3) відаць, што калі верхняя мяжа працоўнай частаты шаравога вектарнага гідрафона з суасцыляцыяй значна меншая за oc 2 π R, чым меншая сярэдняя шчыльнасць гідрафона, тым меншая вібрацыйная хуткасць амплітуда v і вібрацыя пункту якасці вады ў гукавым полі. Чым большае абсалютнае значэнне адносіны амплітуды хуткасці, тым большая адчувальнасць вібраскорасці гідрафона, і рознасць фаз паміж вібраскорасцю гідрафона і вібраскорасцю кропкі якасці вады набліжаецца да нуля. Паколькі вектарны гідрафон сумеснай вібрацыі таксама абсталяваны датчыкамі ўлоўлівання вібрацыі, схемамі фарміравання сігналу і іншымі дадатковымі структурамі, цяжка зразумець, што сярэдняя шчыльнасць vr вектарнага гідрафона меншая за шчыльнасць ρ 0 вады. Тэхніка звычайна імкнецца да таго, каб сярэдняя шчыльнасць гідрафона была блізкая да шчыльнасці воднага асяроддзя. У гэты час гідрафон можа ўлоўліваць хуткасць вібрацыі кропкі якасці вады ў гукавым полі прыблізна 1:1, а верхняй мяжой працоўнай частаты гідрафона можа быць аднолькавы вектар вібрацыі вады. Акустычная характарыстыка слухача ў асноўным уключае ў сябе адчувальнасць, накіраванасць і працоўны дыяпазон частот. Калі адчувальнасць ўнутранага датчыка ўлоўлівання вібрацыі пастаянная, адчувальнасць гідрафона вызначаецца яго сярэдняй шчыльнасцю. Чым менш сярэдняя шчыльнасць, тым вышэй адчувальнасць гідрафона. Скіраванасць гідрафона ў асноўным вызначаецца бакавой адчувальнасцю ўнутранага датчыка ўлоўлівання вібрацыі. Форма гідрафона таксама будзе ўплываць на накіраванасць. Чым бліжэй гідрафон да стандартнай сферычнай формы, тым меншыя перашкоды будуць у яго накіраванасці. Паколькі верхняя мяжа частаты ўнутранага датчыка ўлоўлівання вібрацыі звычайна высокая, верхняя мяжа рабочай паласы частот гідрафона звычайна вызначаецца вонкавым радыусам Ro гідрафона. Чым менш знешні радыус, тым вышэй верхняя мяжа працоўнай частаты гідрафона. Такім чынам, пры распрацоўцы ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі вектарнага гідрафона сумеснай вібрацыі, каб максымізаваць акустычныя характарыстыкі гідрафона, неабходна зрабіць сярэднюю шчыльнасць r сферычнай абалонкі як мага меншай у адпаведнасці з умовай задавальнення характарыстык устойлівасці да ціску. Пры гэтым вонкавы радыус Ro зрабіце як мага меншым. Верхняя мяжа частаты сувібрацыйнага сферычнага вектарнага гідрафона патрабуе, чым меншы знешні радыус, тым лепш; адчувальнасць са-вібрацыйнага сферычнага вектарнага гідрафона патрабуе, чым меншая сярэдняя шчыльнасць, тым лепш; чым менш знешні радыус, калі матэрыял і таўшчыня нязменныя, сярэдняя шчыльнасць павялічваецца замест гэтага, што з'яўляецца супярэчнасцю. Прадукцыйнасць ціску сумеснага вібрацыйнага сферычнага вектарнага гідрафона патрабуе, чым меншы знешні радыус, большая таўшчыня і чым большая трываласць матэрыялу, тым лепш. Чым менш знешні радыус і большая таўшчыня, тым большая сярэдняя шчыльнасць, што таксама з'яўляецца супярэчнасцю. Устойлівасць да ціску і акустычныя характарыстыкі сферычнага вектарнага гідрафона з сумеснымі вібрацыямі патрабуюць, каб канструкцыя яго сферычнай абалонкі была як мага меншай (высокая адчувальнасць) і як мага меншым знешнім радыусам (верхняя мяжа высокай частаты) пры ўмове дасягнення патрабаванняў да ўстойлівасці да ціску), гэтыя абмежаванні абмяжоўваюць адно аднаго. Далей будуць вывучаны ўзаемасувязі паміж матэрыялам, знешнім радыусам і таўшчынёй сферычнай абалонкі шарападобнага вектарнага гідрафона з сумеснымі вібрацыямі і яго ўстойлівасцю да ціску, адчувальнасцю і верхняй мяжой высокай частаты, каб знайсці вектар з найлепшымі акустычнымі характарыстыкамі пры ўмове задавальнення характарыстык ціску. Канструктыўная схема ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі гідрафона.

 

2 Аналіз разбурэння танкасценнай сферычнай абалонкі пад знешнім ціскам

 

Калі шарападобны вектарны гідрафон з сумеснай вібрацыяй нармальна працуе пад вадой, яго ўстойлівая да ціску сферычная абалонка падвяргаецца знешняму гідрастатычнаму ціску. Гэта знешні сасуд высокага ціску. Без уліку каразійнага разбурэння існуе два асноўных рэжыму разбурэння: парушэнне трываласці і парушэнне стабільнасці.

 

2.1 Збой трываласці

Зніжэнне трываласці азначае, што калі максімальнае напружанне матэрыялу ў ёмістасці пад ціскам перавышае мяжу цякучасці, матэрыял пераходзіць ад пругкай дэфармацыі да пластычнай, што прыводзіць да незваротнай дэфармацыі або разбурэння. У адпаведнасці з тэорыяй максімальнага галоўнага напружання і крытэрыем пругкага разбурэння, калі сферычная абалонка знешняга ціску не мае трывалага разбурэння, максімальнае напружанне Т павінна быць меншым або роўным дапушчальнаму напружанню трывалага разбурэння матэрыялу, які выкарыстоўваецца ў сферычнай абалонцы. У галіне праектавання сасудаў пад ціскам людзі выкарыстоўваюць формулу максімальнага напружання пры распрацоўцы знешніх сферычных абалонак пад ціскам. Гэтая формула з'яўляецца сумарнай формулай інжынернага вопыту. Разлік просты, але абавязковай умовай для яго стварэння з'яўляецца тое, што сферычная абалонка з'яўляецца танкасценнай абалонкай, гэта значыць патрабуецца Ro/Ri. ≤ 1,35, дзе Ro - вонкавы радыус сферычнай абалонкі, а Ri - унутраны радыус. Рашэнне, атрыманае з дапамогай гэтай формулы, належыць да лакальнага аптымальнага рашэння. Такім чынам, максімальнае напружанне вонкавага ціску сферычнай абалонкі паўторна атрымана. Няхай р — знешні ціск на сферычную абалонку, а δ — таўшчыня сферычнай абалонкі. У адпаведнасці з безмомантнай тэорыяй абалонкі, якая верціцца, радыяльнае напружанне ўнутры танкасценнай сферычнай абалонкі пад знешнім ціскам вельмі малое, і θθ . ўлічваюцца толькі восевае напружанне сціску Tzz і акружное напружанне сціску T Паколькі геаметрычная форма сферычнай абалонкі сіметрычная адносна цэнтра сферы, восевае напружанне сціску і акружное напружанне сціску аднолькавыя па значэнні. На ўчастку, які праходзіць праз цэнтр сферы, выніковая сіла знешняга ціску p на ўчастку сферычнай абалонкі роўная Fs=p π Ro2, а плошча папярочнага сячэння матэрыялу абалонкі Ss= π (Ro2-Ri2), таму Tzz і T θθ сферычнай абалонкі знешняга ціску з'яўляюцца сферычнай абалонкай. Максімальны дапушчальны знешні ціск pi павінен адпавядаць разбурэнню трываласці.

 

2.2 Парушэнне стабільнасці

Парушэнне ўстойлівасці адносіцца да выхаду ёмістасці пад ціскам са стабільнага стану раўнавагі ў няўстойлівы стан пад дзеяннем знешняй нагрузкі і раптоўнай страты першапачатковай геаметрычнай формы. Калі таўшчыня сферычнай абалонкі вельмі малая, парушэнне нестабільнасці часта адбываецца перад правалам трываласці. Для танкасценнай сферычнай абалонкі пад знешнім ціскам формула разліку крытычнага ціску выпучвання pcr атрымана з тэорыі малой дэфармацыі, дзе E — модуль Юнга матэрыялу сферычнай абалонкі, а — каэфіцыент Пуасона матэрыялу. Разлік тэарэтычнай формулы крытычнага ціску малой дэфармацыі адносна просты, але хібнасць адносна вялікая, што можа быць кампенсавана большым каэфіцыентам бяспекі m. GB 150.3 прадугледжвае m=14,52. Тады павінна выконвацца максімальна дапушчальнае знешняе ціск ps для парушэння ўстойлівасці танкасценнай сферычнай абалонкі.

 

3 Аптымізацыя канструкцыі ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі вектарнага гідрафона

 

Устойлівая да ціску сферычная абалонка вектарны пераўтваральнік гідрафона не выходзіць з ладу і павінен адпавядаць максімальна дапушчальнаму знешняму ціску p=min(pi, ps). У дадатак да параметраў самога матэрыялу, максімальна дапушчальны знешні ціск р сферычнай абалонкі звязаны толькі з Ri/Ro. Вызначце зменную X=Ri/Ro. Лёгка даведацца, што X - гэта стаўленне ўнутранага і вонкавага радыусу сферычнай абалонкі, X∈(0,1), гэтая зменная беспамерная, чым больш X, тым танчэй сферычная абалонка. Пасля дапушчальнага напружання T дадзенага матэрыялу і максімальна дапушчальнага вонкавага ціску p сферычнай абалонкі атрымліваецца максімальнае значэнне X, пры якім сферычная абалонка адпавядае патрабаванням трываласці, якое запісваецца як Xi. Аналагічным чынам, модуль Юнга E. Пасля каэфіцыента Пуасона μ і максімальна дапушчальнага вонкавага ціску p сферычнай абалонкі можна атрымаць максімальнае значэнне X, пры якім сферычная абалонка адпавядае патрабаванням устойлівасці, у адпаведнасці з формулай, якая запісваецца як Xs. Сумесны вібрацыйны сферычны вектарны гідрафон можа супрацьстаяць знешняй статычнай вадзе. Функцыя ціску p без збояў, і ўстойлівая да ціску сферычная абалонка павінна адпавядаць умовам адсутнасці адмовы трываласці і недастатковасці стабільнасці адначасова, і максімальнае значэнне X, якое адначасова адпавядае патрабаванням, роўна X = min X, X (12) Xmax вызначаецца Пазней мінімальная сярэдняя шчыльнасць сферычнай абалонкі можа быць дадаткова атрымана. Лёгка даведацца, што аб'ём матэрыялу сферычнай абалонкі Vc=4π(Ro3-Ri3)/3. Маса сферычнай абалонкі mc=ρVc, дзе ρ — шчыльнасць матэрыялу сферычнай абалонкі. Аб’ём вады, які выдаткоўваецца сферычнай абалонкай Vs=4πRo3/3. Тады сярэдняя шчыльнасць сферычнай абалонкі r роўная ρ - шчыльнасць матэрыялу, якая з'яўляецца станоўчай пастаяннай; член (1-X3) X∈(0,1) заўсёды дадатнае значэнне і манатонна памяншаецца. Мінімальная сярэдняя шчыльнасць сферычнай абалонкі, якая адпавядае патрабаванням ціску. Такім чынам, каб атрымаць аптымальную канструкцыю ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі вектарнага гідрафона сумеснай вібрацыі, па-першае, патрабаванні да ціску p і ўласцівасці матэрыялу павінны быць падстаўлены ў формулу для разліку Xmax; Падставіўшы Xmax у формулу, можна атрымаць мінімальную сярэднюю шчыльнасць сферычнай абалонкі, якая адпавядае патрабаванням ціску. Мяркуючы агульную масу датчыка ўлоўлівання вібрацыі, ланцуга фарміравання сігналу і іншых дадатковых структур унутры гідрафона з вібрацыйным вектарам, мінімальнае значэнне сярэдняй шчыльнасці гідрафона - гэта пэўнае значэнне; у выпадку, калі матэрыял сферычнай абалонкі і патрабаванне да супраціву ціску p вызначаны ніжэй, гэта таксама пэўнае значэнне. Для вектарнага гідрафона Ro вызначае верхнюю мяжу fmax працоўнай частаты вектарнага гідрафона. Выбіраецца верхняя мяжа працоўнай частаты вектарнага гідрафона і вызначаецца вонкавы радыус Ro сферычнай абалонкі вектарнага гідрафона. Тады можна атрымаць мінімальную сярэднюю шчыльнасць гідрафона і адчувальнасць вектарнага гідрафона да хуткасці вібрацыі. Аналагічным чынам, калі выбрана адчувальнасць вектарнага гідрафона да хуткасці вібрацыі, можна атрымаць сярэднюю шчыльнасць гідрафона ў адпаведнасці з ураўненнем (3), а таксама можна атрымаць вонкавы радыус сферычнай абалонкі гідрафона ў гэты час, а вектар можна атрымаць верхнюю мяжу працоўнай частаты гідрафона. З дапамогай апісаных вышэй этапаў мы можам знайсці найбольш прыдатны матэрыял і тэарэтычна аптымальнае рашэнне параметраў памеру, такіх як знешні радыус і таўшчыня ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі. І на падставе дадзеных базавых памераў стойкай да ціску сферычнай абалонкі выконваецца наступнае дэталёвае праектаванне. Пасля завяршэння праектавання праграмнае забеспячэнне для мадэлявання канчатковымі элементамі выкарыстоўваецца для правядзення аналізу размеркавання напружання і выцяснення распрацаванай устойлівай да ціску абалонкі, каб пераканацца, што абалонка не мае пашкоджання трываласці і стабільнасці пад разліковым ціскам.

 

4 Прыклад распрацоўкі ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі вектарнага гідрафона

У цяперашні час рабочая глыбіня айчынных асноўных падводных планёраў, профільных буёў і іншых падводных беспілотных платформаў дасягнула адзнакі 2000 м. Для забеспячэння пэўнага запасу трываласці разліковая глыбіня ўстойлівасці да ціску гідрафона ўстаноўлена роўнай 3000 м, гэта значыць р=30 МПа.

 

4.1 Аптымізацыя матэрыялу абалонкі

Па-першае, мы павінны выбраць найлепшы металічны матэрыял для ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі вектарнага гідрафона сумеснай вібрацыі. У табліцы 1 пералічаны механічныя ўласцівасці некалькіх шырока выкарыстоўваюцца глыбакаводных інжынерных матэрыялаў, такіх як нержавеючая сталь 304, 316L, алюмініевы сплаў 6061T6, 7075T6, тытанавы сплаў TC4 і латунь H90. Могуць быць невялікія адрозненні ў адпаведных значэннях матэрыялаў). Падстаўленне патрабаванняў да ціску p і ўласцівасцей розных матэрыялаў у табліцу 1 у формулу можа быць выкарыстана для атрымання гэтых інжынерных матэрыялаў, якія адпавядаюць патрабаванням трываласці Xi, патрабаванням стабільнасці Xs і абодвум Xmax; падстаўце атрыманае Xmax у формулу, можна атрымаць мінімальную сярэднюю шчыльнасць, якой можна дасягнуць пры дапамозе сферычнай абалонкі з кожнага матэрыялу, які адпавядае патрабаванням да ціску. Калі пэўны матэрыял адпавядае патрабаванням трываласці Xi менш, чым патрабаванням стабільнасці Xs, тады з матэрыялу робіцца шар, які адпавядае патрабаванням трываласці. У выпадку абалонкі яго стабільнасць залішняя; аналагічным чынам, калі Xi пэўнага матэрыялу больш, чым Xs, калі з матэрыялу зроблена сферычная абалонка, якая адпавядае патрабаванням стабільнасці, яго трываласць з'яўляецца залішняй. Чым бліжэй значэнні Xi і Xs, тым больш збалансаваная трываласць і ўстойлівасць сферычнай абалонкі з гэтага матэрыялу. Сярод некалькіх матэрыялаў, паказаных у табліцы 2, Xi тытанавага сплаву TC4 больш, чым Xs, што паказвае на тое, што трываласць сферычнай абалонкі, вырабленай з гэтага матэрыялу, залішняя, калі яна адпавядае патрабаванням стабільнасці. За выключэннем TC4, Xi астатніх матэрыялаў менш, чым Xs, што паказвае на тое, што ўстойлівасць сферычнай абалонкі, вырабленай з гэтых матэрыялаў, залішняя пры выкананні патрабаванняў трываласці. Сярод матэрыялаў у табліцы 2 Xi і Xs алюмініевага сплаву 7075T6 і тытанавага сплаву TC4 адносна блізкія, што паказвае на тое, што трываласць і стабільнасць сферычнай абалонкі, зробленай з гэтых двух матэрыялаў, адносна збалансаваны. З табліцы 2 відаць, што пры ўмове ўстойлівасці да ціску 30 МПа сярод некалькіх шырокаўжывальных інжынерных матэрыялаў, пералічаных у табліцы, сярэдняя шчыльнасць сферычнай абалонкі, вырабленай з алюмініевага сплаву і тытанавага сплаву TC4, можа дасягаць шчыльнасці, блізкай або меншай, чым шчыльнасць вады, што адпавядае патрабаванням да канструкцыі калявібрацыйнага сферычнага вектарнага гідрафона. Сярод іх матэрыял з тытанавага сплаву TC4 мае самы вялікі Xmax, гэта значыць самую тонкую ўстойлівую да ціску сферычную абалонку з гэтага матэрыялу. Устойлівая да ціску сферычная абалонка з матэрыялу 7075T6 можа дасягнуць найменшай сярэдняй шчыльнасці, пакідаючы найбольшы запас масы для іншых унутраных структур. Акрамя таго, алюмініевы сплаў мае большыя перавагі, чым тытанавы сплаў TC4, з пункту гледжання кошту матэрыялу і кошту апрацоўкі. Такім чынам, алюмініевы сплаў з'яўляецца лепшым матэрыялам для вырабу ўстойлівых да ціску сферычных абалонак вектарных гідрафонаў.

 

4.2 Памерная канструкцыя ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі

Матэрыял з алюмініевага сплаву абраны для вырабу сферычнай абалонкі гідрафона з устойлівасцю да ціску 30 МПа, а мінімальная сярэдняя шчыльнасць сферычнай абалонкі, якая адпавядае патрабаванням да ціску, складае 0,64×103 кг/м3 і X=0,9177 у гэты час. Калі адчувальнасць вектарнага гідрафона да вібраскорасці |v/v0| дапускаецца да 0,8, фактычная канструкцыя сферычнай абалонкі гідрафона павінна быць разлічана на дзве паловы для палягчэння ўстаноўкі ўнутраных кампанентаў. Мяркуецца, што дзве паўсферычныя абалонкі гідрафона сабраны. Сума дадатковай масы гідрафона, які вымяраецца, акселерометра, мантажнага кранштэйна, схемы фарміравання сігналу і воданепранікальнай пранікальнай камеры, якая выкарыстоўваецца ў сапраўдным гідрафоне, складае 99,5 г, таму сума дадатковай масы me = 149,5 г. Атрыманы вонкавы радыус Ro=36,48 мм сферычнай абалонкі гідрафона. X=Ri/Ro=0,9177, унутраны радыус сферычнай абалонкі Ri=33,48 мм, таўшчыня сферычнай абалонкі=3,00 мм, для зручнасці разліку, чарцяжа і апрацоўкі ўнутраны радыус сферычнай абалонкі Ri акруглены да 33 мм, вонкавы радыус Ro роўны 36 мм.

 

4.3 Праверка паказчыкаў вытрымлівання напружання

Пасля атрымання даных аб памеры ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі, каб пераканацца, што яна можа адпавядаць патрабаванням да ўстойлівасці да ціску, правяраюцца характарыстыкі ўстойлівасці да ціску і ў асноўным разглядаюцца два выпадкі парушэння трываласці і парушэння стабільнасці.

 

4.3.1 Парушэнні трываласці

З табліцы 1 відаць, што дапушчальнае напружанне алюмініевага сплаву, які выкарыстоўваецца для сферычнай абалонкі, складае 190 МПа, што спалучаецца з параметрамі памеру сферычнай абалонкі, каб атрымаць трываласць на разбурэнне, дапушчальны ціск сферычнай абалонкі складае 30,4 МПа, што больш за 30 МПа, што адпавядае патрабаванням да ціску.

 

4.3.2 Парушэнне стабільнасці

Каэфіцыент Пуасона алюмініевага сплаву μ=0,33, модуль Юнга E=7,2×1010 Па, устойлівасць сістэмы m=14,52. Падстаўляючы даныя матэрыялу і памер сферычнай абалонкі ва ўраўненні (8) і (9), разлічваецца крытычны ціск нестабільнасці па акружнасці pcr=611,6 МПа, а дапушчальны ціск нестабільнасці па акружнасці складае 42,1 МПа, што больш за 30 МПа, што адпавядае патрабаванням да ціску. Відаць, што ўстойлівая да ціску сферычная абалонка вектарнага гідрафона вытрымлівае знешні гідрастатычны ціск 30 Мпа. І дапушчальны ціск для акружной няўстойлівасці больш, чым дапушчальны ціск для адмовы трываласці. Калі ціск працягвае расці за межамі сферычнай абалонкі, эфект трываласці адбудзецца першым.

 

4.4 Тэхнічны праект напорнай абалонкі вектарнага гідрафона

Пасля вызначэння асноўных даных, такіх як матэрыял, знешні радыус і таўшчыня ўстойлівай да ціску сферычнай абалонкі вектарнага гідрафона, можна выканаць дэталёвы праект абалонкі вектарнага гідрафона. У гэтым артыкуле выкарыстоўваецца праграмнае забеспячэнне для 3D-мадэлявання для выканання дапаможнага праектавання сферычнага вібрацыйнага вектарнага гідрафона вялікай глыбіні. Выгляд папярочнага разрэзу структуры вектарнага гідрафона паказаны на малюнку 1.