計及海洋參數(shù)水下滑翔機耐壓殼體優(yōu)化.pdf

1、水下滑翔機是一種新型的水下監(jiān)測儀器平臺,通過調(diào)節(jié)自身的浮力來實現(xiàn)升降運動,并利用兩側的機翼實現(xiàn)滑翔運動,因此具有能耗低、大航程的特點。由于其他原因造成浮力調(diào)節(jié)損失,勢必會影響整個系統(tǒng)的浮力調(diào)節(jié)能力,使之不能精確控制滑翔機的行程運動。海水在垂直方向上的密度增加會導致耐壓殼體浮力增加,而由于海水壓力導致殼體壓縮變形又會導致耐壓殼體浮力減小,因此通過殼體的優(yōu)化設計,在耐壓殼體滿足使用要求的前提下,控制殼體的變形量,使之和由于海水密度增加導致浮

2、力增加量之差趨于為零,對提高滑翔機的控制精度,增加航程,具有重要的意義。本文主要研究內(nèi)容及貢獻如下:
　　(1)本文首先對滑翔機的結構進行了初步設計。采用有限元法,基于工程化的思想,對加強環(huán)進行了設計,使其可以滿足強度條件,與殼體的密封條件和最小慣性矩條件?？紤]海水的腐蝕效應,基于可靠性設計方法,對耐壓殼體的壁厚進行了初步設計,使其強度條件,穩(wěn)定性條件,疲勞強度條件和腐蝕條件的可靠度均大于99.97％,為優(yōu)化設計提供了優(yōu)化設計模型

3、,同時也為滑翔機耐壓殼體設計提供了示范作用。
　　(2)合理的對耐壓殼體結構形式和加強環(huán)進行了簡化,在保持應力,應變基本不變的情況下,使耐壓殼體結構形式與理論計算模型相一致。使帶有減重孔,縱剖面面積無法計算的加強環(huán),簡化成縱剖面面積一致的加強肋形式。推導出靜浮力的計算公式。對耐壓殼體的約束條件進行了簡單介紹。利用特征值屈曲分析,分析了初始缺陷對耐壓殼體承載能力的影響。在workbench平臺上二次開發(fā),利用Commands命令,設

4、置相應體積變化量作為導出參數(shù),為耐壓殼體的優(yōu)化提供了一種簡單,高效的設計方法。
　　(3)選定了與相應體積變化量有關的九個參數(shù),分別采用理論計算和有限元分析,對各個參數(shù)與相應體積變化量的關系做了研究,得到了相應體積變化量與九個參數(shù)的關系曲線。分別以鋁合金7075T6、鈦合金TA2和碳纖維材料T300/5028的耐壓殼體為例,采用目標驅動優(yōu)化方法,以相應體積變化量為目標函數(shù),以強度條件、穩(wěn)定性條件等為約束條件,對其結構進行了優(yōu)化,使