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深海探索面临设备抗压难题，传统耐压设备体积大、成本高。研究人员针对耐压柔性系统（PTFS）展开研究，运用 Eshelby 夹杂理论和有限元分析优化设计，经计算和测试，有效降低应力，该成果助力深海探索技术提升。
在神秘而广袤的深海世界，那里藏着无尽的奥秘。深海占据了海洋总体积的 95%，蕴含着大量未被探索的地质奇观、独特生物群落，以及丰富的矿产和油气资源。然而，深海的极端静水压力却如同一个巨大的阻碍，给海底探测和作业设备带来了严峻的挑战。
传统上，对压力敏感的设备通常被安置在刚性压力容器中，以此维持内部的常压环境。但这些容器不仅体积庞大、造价昂贵，还严重限制了设备的性价比、体积和灵活性。后来，随着研究的深入，人们发现许多电子元件在高达 100MPa 的静水压力下仍能保持一定性能，于是压力耐受系统（PTS）的概念应运而生。早期的 PTS 采用液体填充压力补偿系统，虽然降低了成本、实现了灵活设计和有效散热，但也存在介电液体杂质污染和外部容器体积较大等问题。
近年来，固体铸件在 PTS 中的应用逐渐兴起，尤其是软铸件被用于多种 PTS 设计中，形成了耐压柔性系统（PTFS）。不过，PTFS 中电路板与软铸件材料在高压环境下的材料和机械性能研究还很缺乏，在极端条件下分析和计算 PTFS 的应力更是一大难题。为了解决这些问题，国内研究人员开展了深入研究。
研究人员运用 Eshelby 夹杂理论简化了聚合物封装 PTFS 的机械建模，通过分析和拟合应力分布等高线图，推导出用于电路板优化的目标函数，并利用优化技术对物理电路板的平面分布配置进行建模和改进，使其更适应高静水压力，最后借助有限元分析验证优化设计。研究成果发表在《Extreme Mechanics Letters》上，这一研究对于提升深海探测技术具有重要意义。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是 Eshelby 夹杂理论，用于简化机械建模；其次是有限元方法（FEM），通过建立 3D 模型，对优化结果进行正确性验证，在模型构建时，去除了如焊脚和引脚等复杂结构，重点关注元件连接边缘点的应力情况 。
下面来看看具体的研究结果：
- 理论与模拟：研究发现，MPa 级别的静水压力会给常规仪器带来性能挑战，而电子元件在深海高压环境下失效的主要原因是结构材料的不均匀性导致应力集中。虽然电子元件通常对高静水压力有一定的耐受性，但这种应力集中却成为了元件失效的关键因素。
- 有限元方法：研究人员通过计算获得了电路板优化前后的分布参数，并建立了相应的 3D 模型。利用有限元方法验证优化结果，结果显示，优化后的电路板元件在高静水压力下，最大和平均剪应力最多可降低 45.5%，这表明优化设计显著提升了电路板的抗压能力。
研究结论表明，研究人员成功开发了一种自适应方法，增强了深海环境中电子设备的机械弹性，这在高压电子封装领域是一项重大进展。通过应用 Eshelby 夹杂理论和应力调节技术，他们成功优化了电机驱动电路板的设计，显著降低了应力集中和元件失效的可能性。并且，在西菲律宾海盆和马里亚纳海沟进行的现场测试也成功验证了这一设计的有效性。
该研究成果意义非凡，它为深海探测设备的设计提供了新的思路和方法，有助于开发出更高效、更灵活、更能适应深海极端环境的设备，推动深海探索技术迈向新的高度，为人类深入了解深海、开发深海资源奠定了坚实的技术基础。
