原文传递
计及海洋参数水下滑翔机耐压壳体优化
| 论文题名： | 计及海洋参数水下滑翔机耐压壳体优化 |
| 关键词： | 水下滑翔机;耐压壳体;海洋参数;优化设计 |
| 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。 |
| 作者： | 刘进 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘玉红;齐尔麦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
