燃料舱壳体结构与强度优化设计

发布时间：2020-08-22 13:17

【摘要】：燃料舱壳体结构与强度优化设计是以现役某种型号鱼雷燃料舱壳体为研究对象进行的研究,其主要目的是通过壳体结构优化解决燃料舱因腐蚀而渗漏的问题。燃料舱在海试后海水会进入到其壳体内部,因为现有的动力燃料舱为内部环矩形加强筋结构,海水不易从加强筋的沟槽中排出。当鱼雷处于放置或操雷状态下,鱼雷燃料舱一般易发生点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和电化学腐蚀。燃料舱壳体内部也没有进行防腐蚀处理,因此在清洗鱼雷后有部分腌渍附在壳体的内壁上,燃料舱壳体壁厚一般设计的很薄,腌渍逐渐地腐蚀壳体内壁,进而造成壳体穿孔,燃料渗漏,最终会导致鱼雷战斗力下降甚至失去战斗力的严重后果。本文在对鱼雷动力燃料舱的工艺进行了优化并对其结构进行了分析,对其腐蚀原因进行了探讨,最后通过优化结构使其在不增加重量的前提下提高耐腐蚀能力。鱼雷是由5A06铝合金材料焊接加工而成,动力燃料舱主要由主舱、线团舱、线导舱、电缆管、防晃罩、燃料管和泄压阀等组成。由于壳体内部结构较为复杂,首先需要对现有模型进行初步简化,用SolidWorks将简化后的模型建立为三维模型。鱼雷燃料舱壳体的优化可以由初步优化和最终优化两部分组成,初步优化是鱼雷燃料舱耐压壳体材料的选取和其结构的初步优化设计。材料优化是在满足使用条件的前提下,综合材料的加工性能和成本等因素,选取最佳的制造材料;壳体结构初步优化是改变现有耐压壳体的环肋结构的加强筋部分,将其形状由矩形结构改为梯形结构,更加有助于海水排出。基于MATLAB工具箱,本文利用求解多变量有约束的非线性函数最小值fmincon函数,以鱼雷耐压壳体结构的5个设计尺寸为优化变量,以鱼雷耐压壳体的强度和稳定性要求为约束条件,以壳体体积(即重量)最小为目标函数,找到符合条件的最佳参数,再加以校核,确定壳体的变量参数。最后,利用有限元分析软件ANSYS对所选参数进行参数化建模,并模拟实际工况(即300m水深),得到鱼雷燃料舱耐压壳体的应力分布云图。通过分析壳体的应力分布情况,最终决定参数的值。本文对鱼雷动力燃料舱的耐压壳体进行了优化和结构强度分析,为企业在鱼雷燃料舱的结构设计和分析方面提供了支持。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ630.3
【图文】：

中北大学学位论文多，开孔较多，燃料舱壳体使用参数化建模难度将，各个因素之间相互影响，试验组数会明显提高周期更长，一般计算机难以满足要求。经分析，这较少的结构[20]。的谢金鑫通过 ISIGHT 软件对水下机器人的耐压壳刚度和稳定性的前提下，通过改变水下机器人的壁的结构。优化的水下机器人的几何模型结构简图如为工字型，工型梁有较高的强度，但是会影响整体和尺寸、壳体的厚度要求不变，设计变量少，优化

上述耐压壳体材料的相对比重(即重量与排水量比)与破坏深度的关系示意图如图2.2 所示[29]。由图可知，金属材料中，钛合金破坏深度最深，使用范围最广，很适合大型鱼雷壳体的制造；铝合金和钢材的破坏深度较浅，可应用于潜水不深或舰艇装载的中小鱼雷上，非金属材料因为其脆性较大，抗拉强度低，加工经验不足，一般不用于此。图 2.2 耐压壳体各类材料 W/D 与破坏深度关系示意图五种材料的四项参数指标如图 2.3 所示。由图可知，钢材的加工性能和经济性好但是由于钢材密度大导致比强度较低，钛合金的材料性能好，但是其加工难度和经济性不好，铝合金虽然各项性能指标都不高，但是基本都处于中等状态，是目前为止最好的材料选择。

图 2.3 耐压材料性能指标对比图考虑材料的各项指标：比强度、比刚度、材料制造加工性对鱼雷燃料舱的选材顺序依次为铝合金、钢材和钛合金。构存在问题与模型简化维图如图 2.4 所示，

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本文编号：2800731