اقیانوس، گستره وسیعی که بیش از دو-سوم سطح زمین را پوشش میدهد، یکی از مرزهای اکتشاف انسان است. فشار در اعماق دریا بسیار زیاد است. به ازای هر 10 متر افزایش عمق، فشار یک اتمسفر افزایش می یابد. در عمیقترین نقاط خود، بیش از 10000 متر، فشار هیدرواستاتیک به بیش از 110 مگا پاسکال میرسد که معادل بیش از یک تن وزن در هر سانتیمتر مربع است.
در چنین محیط های فیزیکی شدید، مواد پوسته هر تجهیزات نه تنها یک مانع ساختاری است، بلکه یک راه نجات است که موفقیت یا شکست ماموریت و ایمنی پرسنل را تعیین می کند. بنابراین، مواد ساختاری مقاوم در برابر فشار باید به طور همزمان دارای استحکام بسیار بالایی برای مقاومت در برابر تغییر شکل، چقرمگی عالی برای جلوگیری از شکستگی، مقاومت در برابر خوردگی فوقالعاده برای مقابله با محیطهای پیچیده شیمیایی و بیولوژیکی، و کمترین چگالی ممکن برای دستیابی به کنترل شناوری مؤثر و صرفهجویی در مصرف انرژی باشند.
مواد بدنه تحت فشار تجهیزات دریای عمیق-یکی از حوزه های کلیدی تحقیق و توسعه است. با توجه به اینکه انتظار میرود اقتصاد جهانی دریاهای عمیق تا سال 2025 از یک تریلیون دلار فراتر رود، آلیاژهای تیتانیوم (مواد فلزی سنتی) و مواد کامپوزیتی (مواد غیر فلزی) دو سیستم اصلی مواد هستند و تکامل آنها بر عمق و وسعت اکتشاف و استفاده انسان از اعماق دریا تأثیر میگذارد.
01. آلیاژ تیتانیوم
آلیاژهای تیتانیوم از اواسط قرن بیستم "استاندارد طلایی" برای تجهیزات دریاهای اعماق-بودند. مزایای آنها از خواص ذاتی مواد ناشی می شود:
الف. استحکام خاص و سفتی خاص
ب- مقاومت در برابر خوردگی
ج. چقرمگی عالی
02. مواد مرکب
اگر مزایای آلیاژهای تیتانیوم ریشه در ماهیت مادی آنها داشته باشد، پس مواد کامپوزیت بر نبوغ طراحی انسان تکیه دارند. این یک ماده واحد نیست، بلکه یک سیستم مواد است که بر اساس تقاضا طراحی شده است که توسط رزین اپوکسی تقویت شده با فیبر کربن نشان داده شده است.
راز بدنههای فشار مرکب دریایی عمیق در ساختار چند سطحی آنها نهفته است که طبیعت را تقلید میکند و لایهها را لایهبندی میکند.
این "مواد طراحی شده" مزایای بی سابقه ای را ارائه می دهد:
الف. استحکام ویژه و مدول ویژه بسیار بالا: استحکام ویژه الیاف کربن با مدول{{1}بالا درجه T800 و بالاتر میتواند 2-3 برابر آلیاژهای تیتانیوم باشد. این بدان معناست که با دستیابی به مقاومت فشاری یکسان، وزن پوسته کامپوزیت را می توان به میزان قابل توجهی کاهش داد و در نتیجه استقامت و مانور پذیری شناور را به میزان زیادی بهبود بخشید. (مدول ویژه نسبت مدول الاستیک یک ماده به چگالی آن است که برای اندازه گیری ظرفیت باربری یک ماده استفاده می شود.)
ب. مقاومت در برابر خستگی عالی: تحت بارهای فشار متناوب، مسیر انتشار ترک در مواد کامپوزیتی پرپیچ و خمتر از فلزات است (نیاز به دور زدن چندین فیبر{1}}واسطه ماتریسی است)، و عمر خستگی آن معمولاً بسیار بیشتر از مواد فلزی است.
ج. آزادی طراحی عالی: با تغییر ترتیب چیدمان الیاف، زاویه و ضخیم شدن موضعی، می توان به "بهینه سازی توپولوژی" سازه دست یافت، که امکان تقویت هدفمند در نواحی تمرکز تنش و کاهش وزن در نواحی کم{1} تنش را فراهم می کند، بنابراین کارایی توزیع مواد را به حداکثر می رساند.
در خاتمه، در طراحی مهندسی واقعی تجهیزات دریا-، انتخاب مواد به هیچ وجه یک سؤال ساده نیست که «کدامیک قویتر است»، بلکه نیازمند یک تصمیم جامع است که عواملی مانند الزامات عمق غواصی، سناریوهای استفاده، کنترل هزینه و فرآیندهای تولید را در نظر میگیرد.
در آینده، توسعه و بکارگیری مواد جدید با کارایی بالا برای کاربردهای عمیق-دریایی یکی از تمرکزهای کلیدی علم و فناوری دریایی باقی خواهد ماند.
Baoji Reliab Metal Materials Co.,Ltd
تلفن همراه: 0086 13092900605
بخش فروش 1: WhatsApp +8613092900605 (Mr.Gary)
بخش فروش 2: +8613092913521(خانم سوفیا)
آدرس: بائوجی، چین، منطقه ویبین، خیابان بائوتی، شماره 35
