计及海洋参数水下滑翔机耐压壳体优化

发布时间：2017-11-12 22:33

本文关键词：计及海洋参数水下滑翔机耐压壳体优化

【摘要】：水下滑翔机是一种新型的水下监测仪器平台，通过调节自身的浮力来实现升降运动，并利用两侧的机翼实现滑翔运动，因此具有能耗低、大航程的特点。由于其他原因造成浮力调节损失，势必会影响整个系统的浮力调节能力，使之不能精确控制滑翔机的行程运动。海水在垂直方向上的密度增加会导致耐压壳体浮力增加，而由于海水压力导致壳体压缩变形又会导致耐压壳体浮力减小，因此通过壳体的优化设计，在耐压壳体满足使用要求的前提下，控制壳体的变形量，使之和由于海水密度增加导致浮力增加量之差趋于为零，对提高滑翔机的控制精度，，增加航程，具有重要的意义。本文主要研究内容及贡献如下：（1）本文首先对滑翔机的结构进行了初步设计。采用有限元法，基于工程化的思想，对加强环进行了设计，使其可以满足强度条件，与壳体的密封条件和最小惯性矩条件。考虑海水的腐蚀效应，基于可靠性设计方法，对耐压壳体的壁厚进行了初步设计，使其强度条件，稳定性条件，疲劳强度条件和腐蚀条件的可靠度均大于99.97%，为优化设计提供了优化设计模型，同时也为滑翔机耐压壳体设计提供了示范作用。（2）合理的对耐压壳体结构形式和加强环进行了简化，在保持应力，应变基本不变的情况下，使耐压壳体结构形式与理论计算模型相一致。使带有减重孔，纵剖面面积无法计算的加强环，简化成纵剖面面积一致的加强肋形式。推导出静浮力的计算公式。对耐压壳体的约束条件进行了简单介绍。利用特征值屈曲分析，分析了初始缺陷对耐压壳体承载能力的影响。在workbench平台上二次开发，利用Commands命令，设置相应体积变化量作为导出参数，为耐压壳体的优化提供了一种简单，高效的设计方法。（3）选定了与相应体积变化量有关的九个参数，分别采用理论计算和有限元分析，对各个参数与相应体积变化量的关系做了研究，得到了相应体积变化量与九个参数的关系曲线。分别以铝合金7075T6、钛合金TA2和碳纤维材料T300/5028的耐压壳体为例，采用目标驱动优化方法，以相应体积变化量为目标函数，以强度条件、稳定性条件等为约束条件，对其结构进行了优化，使其相应体积变化量分别下降了15.88%、20.17%和10%，对提高滑翔机的性能具有重要的意义。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.941

【参考文献】

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1 吴亚舸,吴剑国;一种基于方向概率的潜艇结构可靠性计算方法[J];船舶力学;2003年01期

2 秦圣平,崔维成,沈凯;船舶结构时变可靠性分析的一种非线性腐蚀模型[J];船舶力学;2003年01期

3 吴建成,吴剑国;基于马氏链样本模拟的潜艇耐压结构系统可靠性计算[J];船舶力学;2003年04期

4 吕春雷;王晓天;梁超;;水下耐压壳体结构可靠性的设计方法[J];船舶力学;2007年04期

5 伍莉;孟凡明;陈小宁;张涛;刘土光;刘均;;藕节形大深度潜水器耐压壳体优化设计[J];船舶力学;2008年01期

6 伍莉;陈爱志;陈小宁;张涛;刘土光;刘均;;藕节形大深度潜水器耐压壳体强度与稳定性研究[J];船舶力学;2010年Z1期

7 鲁晓声;连铸945钢中板性能数理统计分析[J];材料开发与应用;1995年01期

8 熊峻江,刘洪天,寇长河,高镇同;复合材料可靠性设计的小子样系数法[J];复合材料学报;2001年03期

9 刘三馔,姚另安;结构可靠性模糊设计[J];广东工业大学学报;2004年01期

10 田军,薛群基,王齐祖;碳纤维的表面处理对其力学性能和结构的影响[J];合成纤维;1998年01期