طراحی بهینه پوسته کروی هیدروفون بردار ارتعاش مشترک (1)

چکیده: با هدف مسئله فشار ساختاری هیدروفون‌های بردار آب عمیق، فرمول حداکثر تنش پوسته کروی فشار خارجی و تأثیر مواد و ابعاد ارتعاش مشترک استخراج می‌شود. هیدروفون بردار کروی بر عملکرد صوتی و عملکرد فشار آن در اینجا تحلیل می‌شود. بر این اساس، یک روش طراحی حداقل چگالی متوسط ​​پوسته کروی دیواره نازک مقاوم در برابر فشار ارائه شده است. مواد مهندسی معمولی در اعماق دریا مورد مطالعه قرار می‌گیرند، مواد آلیاژ آلومینیوم انتخاب می‌شوند و یک هیدروفون بردار کروی همراه با ارتعاش با عمق مقاومت فشار طراحی شده 3000 متر تولید می‌شود. ساختار مقاوم در برابر فشار هیدروفون به روش اجزای محدود شبیه‌سازی شد و حساسیت، جهت‌پذیری و قابلیت مقاومت در برابر فشار آن مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که هیدروفون بردار دارای جهت کسینوس خوبی است، حساسیت -188 دسی‌بل@500 هرتز است و می‌تواند فشار خارجی 37.5 مگا پاسکال را تحمل کند. این روش طراحی و مهندسی حداقل چگالی متوسط ​​پوسته کروی مقاوم در برابر فشار دیواره نازک ارائه شده در این مقاله را تأیید می کند. عقلانیت و امکان سنجی طراحی نمونه اولیه

 

مقدمه

 

را هیدروفون بردار ارتعاش مشترک می تواند اطلاعات بردار سرعت ارتعاش را در محیط میدان صوتی اندازه گیری کند، و یک هیدروفون تک بردار می تواند مسیریابی هدف صوتی را کامل کند. همچنین دارای مزایای اندازه کوچک، مصرف انرژی کم، حساسیت بالا، باند فرکانسی متوسط ​​است و برای نصب بر روی سکوهای بدون سرنشین زیر آب مانند گلایدرهای زیر آب و شناورهای پروفیلی برای انجام وظایفی مانند تشخیص هدف و نظارت بر نویز محیطی دریایی بسیار مناسب است. در حال حاضر، با توسعه فناوری مقاوم در برابر فشار، عمق کار انواع سکوهای بدون سرنشین زیر آب در حال افزایش است، که الزامات بالاتری را برای قابلیت مقاوم در برابر فشار هیدروفون‌های برداری مطرح می‌کند. ایالات متحده، روسیه و سایر کشورها هیدروفون های برداری را با عمق کاری 5000 تا 6000 متر توسعه داده اند. در داخل کشور، هنوز در مرحله اولیه تحقیقات است. هیدروفون وکتور با عمق مقاومت فشار 1000 متر با استفاده از گلدان کامپوزیت رزین اپوکسی و میکروبید شیشه ای و پر کردن روغن پوسته فلزی ساخته شد. حساسیت و جهت دهی هیدروفون رضایت بخش نیست. طرح پوسته دو لایه پوسته کامپوزیت بیرونی و پوسته آلیاژ آلومینیوم داخلی برای طراحی یک هیدروفون برداری با عمق مقاومت فشار 2000 متر استفاده می شود. با توجه به اندازه بزرگ آن، حد فرکانس بالای آن تنها 1000 هرتز است. هیدروفون بردار ارتعاش همزمان مرکب مقاوم در برابر فشار با پوسته فلزی پوشیده شده با پوسته پلی اورتان طراحی و ساخته شد. تست غواصی، حداکثر عمق غواصی 1200 متر است. طراحی پوسته نازک آلیاژ آلومینیوم کپسولی شکل یک هیدروفون بردار ارتعاش مشترک با مقاومت فشار 20 مگاپاسکال را تحقق می بخشد. در این مقاله، تئوری مربوطه طراحی مخازن تحت فشار برای طراحی یک هیدروفون بردار عمق بزرگ اعمال می شود و یک پوسته کروی جدار نازک تک لایه ساخته شده از مواد فلزی با استحکام بالا به طور مستقیم به عنوان پوسته مقاوم هیدروفون برداری استفاده می شود. فرآیند این طرح نسبتاً ساده است و می تواند به عمق ولتاژ زیادی مقاومت کند. در این طرح، نحوه انتخاب مواد پوسته کروی و طراحی اندازه پوسته کروی به گونه‌ای که بتوان عملکرد صوتی هیدروفون وکتور را تا حد امکان بهبود بخشید، با این فرض که عملکرد مقاومت فشاری مطابق با الزامات است، کلید طراحی پوسته کروی فشار هیدروفون وکتور است.

 

1 عوامل مؤثر بر عملکرد آکوستیک هیدروفون بردار کروی هم‌ارتعاش

 

هنگامی که ارتعاش مشترک هیدروفون بردار فرکانس پایین در میدان صوتی زیر آب کار می کند، تحت تأثیر میدان صوتی به ارتعاش در می آید. سرعت ارتعاش آن را بر روی v تنظیم کنید. اگر سرعت ارتعاش ذره متوسط v0 باشد، پیش شرط رابطه زیر (3) را می توان به صورت فرکانس موج صوتی fc 2 π R بیان کرد. از رابطه (3) می توان دریافت که وقتی حد بالایی فرکانس کاری هیدروفون بردار کروی هم نوسان بسیار کوچکتر از oc 2 میانگین سرعت هیدروفون است ، سرعت حرکت هیدروفن کوچکتر است. دامنه v و ارتعاش نقطه کیفیت آب در میدان صوتی. هر چه قدر مطلق نسبت دامنه سرعت بیشتر باشد، حساسیت سرعت ارتعاش هیدروفون بیشتر می شود و اختلاف فاز بین سرعت ارتعاش هیدروفون و سرعت ارتعاش نقطه کیفیت آب به صفر نزدیک می شود. از آنجایی که هیدروفون بردار ارتعاش همراه با سنسورهای دریافت ارتعاش، مدارهای تهویه سیگنال و سایر ساختارهای اضافی نیز مجهز است، درک اینکه میانگین چگالی vr هیدروفون برداری کمتر از چگالی ρ 0 آب است دشوار است. مهندسی به طور کلی دنبال می کند که چگالی متوسط ​​هیدروفون نزدیک به چگالی محیط آب باشد. در این زمان، هیدروفون می تواند سرعت ارتعاش نقطه کیفیت آب را در میدان صوتی تقریباً 1:1 دریافت کند و حد بالایی فرکانس کاری هیدروفون می تواند همان آب بردار ارتعاش باشد. عملکرد آکوستیک شنونده عمدتاً شامل حساسیت، جهت دهی و باند فرکانس کاری است. هنگامی که حساسیت سنسور پیکاپ ارتعاش داخلی ثابت است، حساسیت هیدروفون با چگالی متوسط ​​آن تعیین می شود. هرچه چگالی متوسط ​​کمتر باشد، حساسیت هیدروفون بیشتر است. جهت یک هیدروفون عمدتاً توسط حساسیت جانبی سنسور پیکاپ ارتعاش داخلی تعیین می شود. شکل هیدروفون نیز بر روی جهت دهی تاثیر می گذارد. هرچه هیدروفون به شکل استاندارد کروی نزدیکتر باشد، تداخل کمتری روی جهت خواهد داشت. از آنجایی که حد فرکانس بالایی سنسور پیکاپ ارتعاش داخلی به طور کلی بالا است، حد بالایی باند فرکانس کاری هیدروفون به طور کلی توسط شعاع بیرونی Ro هیدروفون تعیین می شود. هرچه شعاع بیرونی کوچکتر باشد، حد بالایی فرکانس کاری هیدروفون بیشتر است. بنابراین، هنگام طراحی پوسته کروی مقاوم در برابر فشار هیدروفون بردار ارتعاش مشترک، به منظور به حداکثر رساندن عملکرد صوتی هیدروفون، لازم است که میانگین چگالی r پوسته کروی تا حد امکان کوچکتر شود، با فرض ارضای عملکرد مقاوم در برابر فشار. در عین حال، شعاع بیرونی Ro را تا حد امکان کوچک کنید. حد فرکانس بالایی هیدروفون بردار کروی هم‌ارتعاش مستلزم آن است که هر چه شعاع بیرونی کوچک‌تر باشد، بهتر است. حساسیت هیدروفون بردار کروی هم‌ارتعاش مستلزم آن است که هرچه چگالی متوسط ​​کمتر باشد، بهتر است. هرچه شعاع بیرونی کوچکتر باشد زمانی که مواد و ضخامت بدون تغییر باشد، در عوض چگالی متوسط ​​افزایش می‌یابد که این یک تناقض است. عملکرد فشار هیدروفون بردار کروی هم‌ارتعاش مستلزم آن است که هر چه شعاع بیرونی کوچک‌تر باشد، ضخامت آن بیشتر باشد و هر چه استحکام مواد بالاتر باشد، بهتر است. هرچه شعاع بیرونی کوچکتر و ضخامت بیشتر باشد، چگالی متوسط ​​بیشتر است که این نیز یک تناقض است. مقاومت فشاری و عملکرد صوتی هیدروفون بردار کروی هم‌ارتعاش مستلزم آن است که طراحی پوسته کروی آن تا حد امکان کوچک باشد (حساسیت بالا) و شعاع بیرونی آن تا حد امکان کوچک باشد (حد بالایی فرکانس بالا) با فرض رسیدن به الزامات مقاومت فشاری، این محدودیت‌ها یکدیگر را محدود می‌کنند. در ادامه رابطه بین ماده، شعاع بیرونی و ضخامت پوسته کروی هیدروفون بردار کروی هم‌ارتعاش و مقاومت فشار، حساسیت و حد بالایی فرکانس بالا را بررسی می‌کنیم تا بردار را با بهترین عملکرد صوتی با فرض رضایت از عملکرد فشار بیابیم. طرح طراحی پوسته کروی مقاوم در برابر فشار هیدروفون.

 

2 تجزیه و تحلیل شکست پوسته کروی دیواره نازک تحت فشار خارجی

 

هنگامی که هیدروفون بردار کروی هم‌ارتعاش به طور معمول زیر آب کار می‌کند، پوسته کروی مقاوم در برابر فشار آن تحت فشار هیدرواستاتیک خارجی قرار می‌گیرد. این یک مخزن تحت فشار خارجی است. بدون در نظر گرفتن شکست خوردگی، دو حالت شکست اصلی وجود دارد: شکست مقاومتی و شکست پایداری.

 

2.1 شکست استحکام

شکست مقاومتی به این معنی است که وقتی حداکثر تنش یک ماده در یک مخزن تحت فشار از نقطه تسلیم آن فراتر رود، ماده از تغییر شکل الاستیک به تغییر شکل پلاستیکی تغییر شکل می‌دهد که منجر به تغییر شکل یا شکست غیرقابل برگشت می‌شود. با توجه به نظریه تنش اصلی حداکثر و معیار شکست الاستیک، اگر پوسته کروی فشار خارجی شکست مقاومتی نداشته باشد، حداکثر تنش T باید کمتر یا برابر با تنش مجاز شکست مقاومت ماده مورد استفاده در پوسته کروی باشد. در زمینه طراحی مخازن تحت فشار، افراد هنگام طراحی پوسته های کروی فشار خارجی از فرمول حداکثر تنش استفاده می کنند. این فرمول فرمول خلاصه ای از تجربیات مهندسی است. محاسبه ساده است، اما شرط لازم برای استقرار آن این است که پوسته کروی یک پوسته جدار نازک باشد، یعنی Ro/Ri مورد نیاز است. ≤ 1.35، که در آن Ro شعاع بیرونی پوسته کروی و Ri شعاع داخلی است. راه حل به دست آمده با استفاده از این فرمول متعلق به راه حل بهینه محلی است. بنابراین، حداکثر تنش پوسته کروی فشار خارجی دوباره به دست می آید. فرض کنید p فشار خارجی روی پوسته کروی و δ ضخامت پوسته کروی باشد. با توجه به تئوری بدون گشتاور پوسته دوار، تنش شعاعی داخل پوسته کروی دیواره نازک تحت فشار خارجی بسیار کم است و تنها تنش فشاری محوری Tzz و تنش فشاری محیطی T θθ در نظر گرفته می‌شود. از آنجایی که شکل هندسی پوسته کروی با توجه به مرکز کره متقارن است، مقدار تنش فشاری محوری و تنش فشاری محیطی برابر است. در مقطعی که از مرکز کره می گذرد، نیروی حاصل از فشار خارجی p روی مقطع پوسته کروی Fs=p π Ro2 و سطح مقطع ماده پوسته Ss= π (Ro2-Ri2) است، بنابراین Tzz و T θθ پوسته کروی فشار خارجی، پوسته کروی هستند.

 

2.2 شکست پایداری

خرابی پایداری به شکست مخزن تحت فشار از حالت تعادل پایدار به حالت ناپایدار تحت تأثیر بار خارجی اطلاق می شود و به طور ناگهانی شکل هندسی اولیه خود را از دست می دهد. هنگامی که ضخامت پوسته کروی بسیار نازک است، شکست ناپایداری اغلب قبل از شکست مقاومت رخ می دهد. برای یک پوسته کروی دیواره نازک تحت فشار خارجی، فرمول محاسبه فشار بحرانی کمانش pcr از تئوری تغییر شکل کوچک مشتق شده است، که در آن E مدول یانگ ماده پوسته کروی و نسبت پواسون ماده است. محاسبه فرمول فشار بحرانی نظری تغییر شکل کوچک نسبتا ساده است، اما خطا نسبتاً بزرگ است، که می تواند با یک ضریب ایمنی بزرگتر m جبران شود. GB 150.3 m=14.52 را تعیین می کند. سپس حداکثر ps فشار خارجی مجاز برای شکست پایداری پوسته کروی جداره نازک باید برآورده شود.

 

3 طراحی بهینه سازی پوسته کروی مقاوم در برابر فشار هیدروفون برداری

 

پوسته کروی مقاوم در برابر فشار مبدل هیدروفون برداری از کار نمی افتد و باید حداکثر فشار خارجی مجاز p=min (pi، ps) را برآورده کند. علاوه بر پارامترهای خود ماده، حداکثر فشار خارجی مجاز p پوسته کروی فقط مربوط به Ri/Ro است. یک متغیر X=Ri/Ro تعریف کنید. به راحتی می توان دانست که X نسبت شعاع داخلی و خارجی پوسته کروی است، X∈(0,1)، این متغیر بدون بعد است، هر چه X بزرگتر باشد، پوسته کروی نازکتر است. پس از تنش مجاز T یک ماده معین و حداکثر فشار مجاز خارجی p پوسته کروی، حداکثر مقدار X که پوسته کروی الزامات مقاومت را برآورده می کند به دست می آید که به صورت Xi ثبت می شود. به طور مشابه، مدول یانگ E، پس از نسبت پواسون μ و حداکثر فشار خارجی مجاز p پوسته کروی، حداکثر مقدار X که پوسته کروی الزامات پایداری را برآورده می کند، طبق فرمولی که به صورت Xs ثبت می شود، بدست می آید. هیدروفون بردار کروی ارتعاشی هم‌زمان می‌تواند در برابر آب استاتیک خارجی مقاومت کند. عملکرد فشار p بدون شکست، و پوسته کروی مقاوم در برابر فشار برای برآورده کردن شرایط عدم شکست مقاومت و شکست پایداری به طور همزمان مورد نیاز است و حداکثر مقدار X که الزامات را همزمان برآورده می‌کند X=min X است، X (12) Xmax می‌تواند بیشتر به دست آید. به راحتی می توان دانست که حجم مواد پوسته کروی Vc=4π(Ro3-Ri3)/3 است. جرم پوسته کروی mc=ρVc، که ρ چگالی مواد پوسته کروی است. حجم آب تخلیه شده توسط پوسته کروی Vs=4πRo3/3 است. سپس چگالی متوسط ​​پوسته کروی r است ρ چگالی ماده است که یک ثابت مثبت است. عبارت (1-X3) X∈(0,1) همیشه یک مقدار مثبت است و به طور یکنواخت کاهش می یابد. حداقل چگالی متوسط ​​پوسته کروی که شرایط فشار را برآورده می کند. بنابراین، برای به دست آوردن طراحی بهینه پوسته کروی مقاوم در برابر فشار هیدروفون بردار ارتعاش مشترک، ابتدا باید فشار مورد نیاز p و خواص ماده را در فرمول محاسبه Xmax جایگزین کرد. جایگزینی Xmax در فرمول می تواند حداقل چگالی متوسط ​​پوسته کروی را که شرایط فشار را برآورده می کند، بدست آورد. با فرض جرم کل سنسور دریافت ارتعاش، مدار تهویه سیگنال و سایر ساختارهای اضافی در داخل هیدروفون بردار ارتعاش مشترک، حداقل مقدار چگالی متوسط ​​هیدروفون یک مقدار مشخص است. در مواردی که مواد پوسته کروی و مقاومت فشار مورد نیاز p در زیر تعیین می شود، همچنین یک مقدار مشخص است. برای هیدروفون برداری، Ro حد بالایی fmax فرکانس کاری هیدروفون برداری را تعیین می کند. حد بالایی فرکانس کاری هیدروفون برداری انتخاب شده و شعاع Ro بیرونی پوسته کروی هیدروفون برداری تعیین می شود. سپس می توان حداقل چگالی متوسط ​​هیدروفون را به دست آورد و حساسیت سرعت ارتعاش هیدروفون برداری را به دست آورد. به همین ترتیب، اگر حساسیت سرعت ارتعاش هیدروفون بردار انتخاب شود، می توان چگالی متوسط ​​هیدروفون را مطابق رابطه (3) به دست آورد و شعاع بیرونی پوسته کروی هیدروفون را در این زمان به دست آورد و بردار را می توان حد بالایی فرکانس کاری هیدروفون را به دست آورد. از طریق مراحل بالا می‌توان مناسب‌ترین ماده و راه‌حل بهینه نظری پارامترهای اندازه مانند شعاع بیرونی و ضخامت پوسته کروی مقاوم در برابر فشار را پیدا کرد. و بر اساس داده های اندازه اولیه پوسته کروی مقاوم در برابر فشار، طراحی دقیق بعدی انجام می شود. پس از اتمام طراحی، از نرم افزار شبیه سازی المان محدود برای انجام تجزیه و تحلیل توزیع تنش و تحلیل کمانش پوسته مقاوم در برابر فشار طراحی شده استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که پوسته دارای شکست مقاومت و شکست پایداری تحت فشار طراحی نیست.

 

4 نمونه طراحی پوسته کروی مقاوم در برابر فشار هیدروفون برداری

در حال حاضر، عمق کار گلایدرهای زیر آبی جریان اصلی داخلی، شناورهای پروفیل و سایر سکوهای بدون سرنشین زیر آب به سطح 2000 متر رسیده است. به منظور ارائه یک حاشیه ایمنی مشخص، عمق مقاومت فشار طراحی هیدروفون 3000 متر، یعنی p=30 MPa تنظیم شده است.

 

4.1 بهینه سازی مواد پوسته

ابتدا باید بهترین ماده فلزی را برای پوسته کروی مقاوم در برابر فشار هیدروفون بردار ارتعاش مشترک انتخاب کنیم. جدول 1 خواص مکانیکی چندین ماده متداول مهندسی در اعماق دریا مانند فولاد ضد زنگ 304، 316L، آلیاژ آلومینیوم 6061T6، آلیاژ آلومینیوم 7075T6، آلیاژ تیتانیوم TC4 و برنج H90 را فهرست می کند. ممکن است تفاوت های جزئی در مقادیر مربوط به مواد وجود داشته باشد). جایگزین کردن فشار مورد نیاز p و خواص مواد مختلف در جدول 1 به فرمول می‌تواند برای به دست آوردن این مواد مهندسی که الزامات مقاومتی Xi، الزامات پایداری Xs و هر دوی آنها Xmax را برآورده می‌کنند استفاده شود. Xmax بدست آمده را با فرمول جایگزین کنید، حداقل چگالی متوسطی که می توان با پوسته کروی ساخته شده از هر ماده ای که شرایط فشار را برآورده می کند به دست آورد. اگر ماده خاصی مطابق با الزامات استحکام باشد Xi کمتر از نیازهای پایداری Xs باشد، آنگاه از ماده به شکل توپی ساخته می‌شود که شرایط مقاومت را برآورده می‌کند. در مورد پوسته، پایداری آن مازاد است. به طور مشابه، اگر Xi یک ماده خاص بزرگتر از Xs باشد، زمانی که ماده به صورت پوسته کروی که شرایط پایداری را برآورده می کند، ساخته می شود، استحکام آن مازاد است. هرچه مقادیر Xi و Xs نزدیکتر باشند، استحکام و پایداری پوسته کروی ساخته شده از این ماده متعادل تر است. در میان چندین ماده نشان داده شده در جدول 2، Xi آلیاژ تیتانیوم TC4 بزرگتر از Xs است، که نشان می دهد استحکام پوسته کروی ساخته شده از این ماده زمانی که شرایط پایداری را برآورده می کند، مازاد است. به جز TC4، Xi مواد باقی‌مانده همگی کوچک‌تر از Xs هستند، که نشان می‌دهد که پایداری پوسته کروی ساخته شده از این مواد در هنگام برآورده کردن الزامات استحکام مازاد است. در میان مواد جدول 2، Xi و Xs از آلیاژ آلومینیوم 7075T6 و آلیاژ تیتانیوم TC4 نسبتاً نزدیک هستند که نشان می دهد استحکام و پایداری پوسته کروی ساخته شده از این دو ماده نسبتاً متعادل است. از جدول 2 می توان دریافت که با فرض برآورده شدن مقاومت فشار 30 مگاپاسکال، در میان چندین ماده مهندسی متداول که در جدول ذکر شده است، چگالی متوسط ​​پوسته کروی ساخته شده از آلیاژ آلومینیوم و آلیاژ تیتانیوم TC4 می تواند به چگالی نزدیک یا کمتر از آب دست یابد که با الزامات طراحی هیدروبرفون همخوانی وکتوری سازگار است. در میان آنها، مواد آلیاژ تیتانیوم TC4 دارای بزرگترین Xmax است، یعنی نازک ترین پوسته کروی مقاوم در برابر فشار ساخته شده از این ماده. پوسته کروی مقاوم در برابر فشار ساخته شده از ماده 7075T6 می تواند به کمترین چگالی متوسط ​​دست یابد و بیشترین حاشیه جرم را برای سایر سازه های داخلی باقی بگذارد. علاوه بر این، آلیاژ آلومینیوم مزایای بیشتری نسبت به آلیاژ تیتانیوم TC4 از نظر هزینه مواد و هزینه پردازش دارد. بنابراین، آلیاژ آلومینیوم بهترین ماده برای ساخت پوسته های کروی مقاوم در برابر فشار هیدروفون بردار است.

 

4.2 طراحی اندازه پوسته کروی مقاوم در برابر فشار

مواد آلیاژ آلومینیوم برای ساخت یک پوسته کروی هیدروفون با مقاومت فشار 30 مگاپاسکال انتخاب شده است و حداقل چگالی متوسط ​​پوسته کروی که شرایط فشار را برآورده می کند 0.64×103 کیلوگرم بر متر مکعب و X=0.9177 در این زمان است. اگر حساسیت سرعت ارتعاش بردار هیدروفون |v/v0| 0.8 مجاز است، طراحی واقعی پوسته کروی هیدروفون باید در دو نیمه طراحی شود تا نصب اجزای داخلی را تسهیل کند. فرض بر این است که دو پوسته نیمکره هیدروفون مونتاژ می شوند. شعاع بیرونی Ro=36.48 میلی متر از پوسته کروی هیدروفون به دست می آید. X=Ri/Ro=0.9177، شعاع داخلی پوسته کروی Ri=33.48 میلی متر، ضخامت پوسته کروی=3.00 میلی متر، برای راحتی در محاسبه، ترسیم و پردازش، شعاع داخلی پوسته کروی Ri به 33 میلی متر، شعاع بیرونی 36 میلی متر گرد شده است.

 

4.3 بررسی عملکرد ولتاژ مقاومت

پس از به دست آوردن داده های اندازه پوسته کروی مقاوم در برابر فشار، به منظور اطمینان از اینکه می تواند الزامات مقاوم در برابر فشار را برآورده کند، عملکرد مقاوم در برابر فشار بررسی می شود و دو مورد شکست مقاومت و شکست پایداری عمدتاً در نظر گرفته می شود.

 

4.3.1 شکست مقاومت

از جدول 1 می توان دریافت که تنش مجاز آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده برای پوسته کروی 190 مگاپاسکال است که با پارامترهای اندازه پوسته کروی ترکیب می شود تا فشار مجاز شکست استحکام پوسته کروی 30.4 مگاپاسکال است که بیشتر از 30 مگاپاسکال است که شرایط فشار را برآورده می کند.

 

4.3.2 شکست پایداری

نسبت پواسون از آلیاژ آلومینیوم μ=0.33، مدول یانگ E=7.2×1010 Pa، و سیستم پایداری m=14.52. با جایگزینی داده های مواد و اندازه پوسته کروی به معادلات (8) و (9)، فشار ناپایداری محیطی بحرانی pcr=611.6 مگاپاسکال محاسبه می شود و فشار ناپایداری محیطی مجاز 42.1 مگاپاسکال است که بیشتر از 30 مگاپاسکال است که شرایط فشار را برآورده می کند. مشاهده می شود که پوسته کروی مقاوم در برابر فشار هیدروفون بردار می تواند فشار هیدرواستاتیک خارجی 30 مگاپاسکال را تحمل کند. و فشار مجاز برای ناپایداری محیطی بیشتر از فشار مجاز برای شکست مقاومتی است. اگر فشار در خارج از پوسته کروی به افزایش ادامه دهد، ابتدا اثر استحکام رخ خواهد داد.

 

4.4 طراحی مهندسی پوسته فشار هیدروفون برداری

پس از تعیین داده های اساسی مانند جنس، شعاع بیرونی و ضخامت پوسته کروی هیدروفون بردار مقاوم در برابر فشار، می توان طراحی دقیق پوسته هیدروفون برداری را انجام داد. این مقاله از نرم‌افزار مدل‌سازی سه بعدی برای انجام طراحی کمکی هیدروفون بردار ارتعاش کروی با عمق زیاد استفاده می‌کند. نمای مقطعی ساختار هیدروفون برداری در شکل 1 نشان داده شده است.