Океан – обширное пространство, занимающее более двух-третей поверхности Земли. Это один из передовых рубежей освоения человеком. Давление в глубоком море огромно; на каждые 10 метров увеличения глубины давление увеличивается на одну атмосферу. В самых глубоких точках, превышающих 10 000 метров, гидростатическое давление достигает более 110 мегапаскалей-, что эквивалентно более чем одной тонне веса, переносимому на квадратный сантиметр.
В таких экстремальных физических условиях материал корпуса любого оборудования является не только структурным барьером, но и спасательным кругом, который определяет успех или провал миссии и безопасность персонала. Следовательно, конструкционные материалы, устойчивые к давлению-, должны одновременно обладать чрезвычайно высокой прочностью, чтобы противостоять деформации, превосходной вязкостью, чтобы предотвратить хрупкое разрушение, выдающейся коррозионной стойкостью, чтобы справляться со сложными химическими и биологическими средами, и минимально возможной плотностью для достижения эффективного контроля плавучести и экономии энергии.
Материал для прочного корпуса глубоководного-оборудования — одно из ключевых направлений исследований и разработок. Ожидается, что к 2025 году объем мировой глубоководной экономики превысит один триллион долларов. Титановые сплавы (традиционные металлические материалы) и композиционные материалы (не-неметаллические материалы) являются двумя основными материальными системами, и их эволюция влияет на глубину и широту освоения человеком и использования морских глубин.
01. Титановый сплав
Титановые сплавы являются «золотым стандартом» для глубоководного-оборудования с середины 20-го века. Их преимущества обусловлены присущими материалу свойствами:
А. Удельная прочность и удельная жесткость
Б. Коррозионная стойкость
C. Отличная прочность
02. Композиционные материалы
Если преимущества титановых сплавов коренятся в их материальной природе, то композитные материалы зависят от изобретательности человеческого дизайна. Это не отдельный материал, а скорее система материалов, разработанная по требованию, представленная эпоксидной смолой, армированной углеродным волокном.
Секрет глубоководных-композитных прочных корпусов заключается в их многоуровневой-структуре, которая имитирует природу и функционально расслаивает слои.
Этот «разработанный материал» предлагает беспрецедентные преимущества:
А. Чрезвычайно высокая удельная прочность и удельный модуль: удельная прочность высокомодульных углеродных волокон марки Т800 и выше может достигать 2-3 раз, чем у титановых сплавов. Это означает, что при достижении той же прочности на сжатие вес композитной оболочки можно значительно уменьшить, тем самым значительно улучшив выносливость и маневренность батискафа. (Удельный модуль — это отношение модуля упругости материала к его плотности, используемое для измерения несущей способности материала.)
B. Превосходное сопротивление усталости. При переменных нагрузках давлением путь распространения трещин в композитных материалах более извилистый, чем в металлах (он должен обходить многочисленные границы раздела волокон-матрицы), а его усталостная долговечность обычно намного дольше, чем у металлических материалов.
C. Отличная свобода проектирования: изменяя последовательность укладки волокон, угол и локальное утолщение, можно достичь «оптимизации топологии» конструкции, что позволяет целенаправленно усиливать области концентрации напряжений и снижать вес в областях с низким-напряжением, тем самым максимизируя эффективность распределения материала.
В заключение отметим, что при реальном проектировании глубоководного-оборудования выбор материала ни в коем случае не является простым вопросом «что прочнее», а требует комплексного решения, учитывающего такие факторы, как требования к глубине погружения, сценарии использования, контроль затрат и производственные процессы.
В будущем разработка и применение новых высокоэффективных-материалов для глубоководных-применений останется ключевым направлением морской науки и технологий.
Компания Baoji Reliab Metal Materials Co., Ltd.
Мобильный: 0086 13092900605
Отдел продаж 1: WhatsApp +8613092900605 (г-н Гэри)
Отдел продаж 2: +8613092913521(г-жа София)
Адрес: № 35 Baoti Rd, район Вэйбинь, Баоцзи, Китай
