为实现海底沉积物在原位环境的模拟测量,设计海底环境模拟三轴加压系统。通过围压、反压、轴压3个加压单元,组合实现模拟海底沉积物所受的水深压力和埋深压力。建立液压加压单元的数学模型,通过水介质的割线体积弹性模量方程得出不同条件下水的体积弹性模量,研究不同温度、压力和海水盐度对加压系统加压性能的影响。经过分析与测试得出每1℃温度变化、每1 MPa压力变化、每1‰盐度变化对加压系统加压效果的影响分别为0.36%、0.14%、0.21%;通过模拟环境波动引发水的体积弹性模量变化,导致测试仓产生0.6 MPa压力扰动变化,系统自动恢复稳定状态的调节时间不超过5 s。实验表明系统的超调量小于0.05 MPa,1~10 MPa的保压10 min内测试压力波动不超过±0.005 MPa。系统的压力控制特性和抗干扰性好,满足测量要求。

基于动网格理论建立了单向阀流固耦合数值分析模型,在深海原位激光增材修复系统的基础上,以实现动态封堵效果的单向阀为研究对象。结合该阀的实际工况,分析了不同海洋深度及不同弹簧刚度下的阀芯运动变化情况,得到了不同海洋深度以及不同弹簧刚度对阀芯开启过程中位移和速度的影响规律。对深海环境下单向阀关闭性能进行了研究,得到了阀芯关闭过程的动态特性曲线和宏观流场。结果表明,当弹簧刚度不低于500 N/m时,能够保证该阀在深海环境下具有良好的密封性能。

为了模拟复杂外环境,设计出针对该试验载荷的液压缸,结合边界条件转化成对液压缸的需求,进而确定关键参数设计出合适的执行元件,完成试验。

为便于测试深海环境下材料的剪切模量,设计一套深海环境剪切模量测试系统。在分析深海环境模拟的基础上,提出一种基于高低温试验箱的温度与压力结合的闭环控制策略,完成深海环境模拟;基于微拉伸测试原理,设计剪切模量测试仪;利用ABAQUS软件对耐压舱与剪切模量测试仪进行有限元分析,确保在低温高压下的稳定运行;对测试装置进行标定分析,得到换能器频率与位移曲线。试验结果表明:耐压舱与剪切模量测试仪形变较小;同时测试得出了材料的剪切应力-应变曲线,测试系统具有较高的测量精度以及稳定性,能为以后深海环境测试提供一定的参考。

为了模拟深海环境压力，研制了一套模拟压力可以大范围连续变化的实验装置，并研究了其压力动态控制技术。提出了在液压回路中串联液压缸的方法解决电液比例阀使用水介质的局限性问题；针对压力动态控制模块固有滞后特性的问题，提出了相位补偿算法予以解决；针对实验试件爆破时造成装置内压力突降而无法快速恢复到目标值的问题，提出了基于气体式蓄能器的压力快速补偿方法予以解决。通过对模拟实验装置进行相关实验研究，验证了本文研究的压力动态控制技术、压力快速补偿技术的可行性和有效性。

因变量泵具有良好的节能和高精度控制特性,成为深海探测中重要的液压动力源。现有深海液压源多借助高压模拟舱内反复试验来定型,存在耗时多、研制成本高等问题。提出一种深水环境适应性变量泵,采用环境自适应性检测方法和控制原理以满足深海工况要求。基于变深环境和油液介质模型,分析了该泵的控制特性及稳定性。结果表明,泵的相对出油压力和输出流量与各自的输入控制信号成比例关系,并不受水深环境的影响,同时指出控制系统的幅值裕度和相位裕度随水深增加而增加,且浅深下0~1000m更为显著。高压模拟舱下的测试结果与前述理论分析结果相吻合。

为了模拟复杂外环境,设计出针对该试验载荷的液压缸,结合边界条件转化成对液压缸的需求,进而确定关键参数设计出合适的执行元件,完成试验。

介绍一种应用于深海液压源控制的电液比例压力阀的组成结构和工作原理，建立压力阀深海环境下的稳态控制数学模型，通过试验研究获得不同环境压力下压力阀的控制特性曲线，结果表明与理论分析结果基本吻合，进而说明了模型的合理性及压力阀对深海环境具有很好的适应性。