1、輕型水下機(jī)器人能源供給主要由自身攜帶的充電電源提供，為了在一定能源供給條件下延長(zhǎng)最大巡航時(shí)間和提高負(fù)載能力，要求水下機(jī)器人耐壓殼體在滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的前提下實(shí)現(xiàn)輕量化，對(duì)水下機(jī)器人耐壓殼體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化十分重要，尋求質(zhì)量最小時(shí)耐壓殼體結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且要對(duì)優(yōu)化后耐壓殼體進(jìn)行全面強(qiáng)度分析，包括艙段耐壓強(qiáng)度分析、艙段穩(wěn)定性分析、艙段模態(tài)分析、起吊組件強(qiáng)度分析。本文基于有限元法，利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)輕型自主水下機(jī)器人耐壓殼體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與

2、分析，主要內(nèi)容如下:
　　(1)輕型自主水下機(jī)器人耐壓殼體優(yōu)化
　　優(yōu)化過(guò)程分為初步優(yōu)化和最終優(yōu)化，初步優(yōu)化包括水下機(jī)器人耐壓殼體材料優(yōu)化和初步結(jié)構(gòu)優(yōu)化，材料優(yōu)化是尋求滿足使用條件并綜合材料加工性能、成本等因素選用最合適的制造材料;初步結(jié)構(gòu)優(yōu)化改變耐壓殼體原有筒體結(jié)構(gòu)，改為有環(huán)肋加強(qiáng)的圓柱形耐壓殼體;最終優(yōu)化為了確定耐壓殼體質(zhì)量最輕時(shí)壁厚與加強(qiáng)環(huán)肋尺寸。各艙段耐壓殼體分為筒體部分與楔環(huán)連接部分，由于二者設(shè)計(jì)與校核準(zhǔn)則不同，故

3、對(duì)這兩個(gè)部分分別優(yōu)化:
　　a.楔環(huán)連接結(jié)構(gòu)優(yōu)化
　　本文基于響應(yīng)面法對(duì)潛水器楔環(huán)連接結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)合3種試驗(yàn)方法對(duì)楔環(huán)連接結(jié)構(gòu)4個(gè)參數(shù)組合進(jìn)行試驗(yàn)，利用有限元分析軟件ANSYS求解楔環(huán)連接結(jié)構(gòu)應(yīng)力與質(zhì)量試驗(yàn)響應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次響應(yīng)面擬合，優(yōu)化約束條件為結(jié)構(gòu)滿足應(yīng)力要求，優(yōu)化目標(biāo)為結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小。將利用不同優(yōu)化算法得到的優(yōu)化結(jié)果對(duì)比最終確定優(yōu)化結(jié)果。
　　b.艙段耐壓殼體結(jié)構(gòu)優(yōu)化
　　本文基于響應(yīng)面法對(duì)水下機(jī)

4、器人耐壓殼體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以耐壓殼體結(jié)構(gòu)5個(gè)尺寸為優(yōu)化變量，借助ANSYS求解結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)數(shù)值，利用組合試驗(yàn)縮小優(yōu)化變量范圍后進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化約束條件為耐壓殼體強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足要求，目標(biāo)函數(shù)為殼體質(zhì)量最小，利用Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化求解，將其優(yōu)化數(shù)值與利用1stOpt數(shù)值計(jì)算軟件得到優(yōu)化數(shù)值對(duì)比最終確定優(yōu)化結(jié)果。
　　(2)輕型自主水下機(jī)器人耐壓殼體強(qiáng)度分析
　　對(duì)優(yōu)化后的耐壓殼體要進(jìn)行全面的強(qiáng)度復(fù)

5、核，復(fù)核內(nèi)容包括:
　　a.耐壓強(qiáng)度分析
　　利用有限元分析軟件ANSYS模擬真實(shí)工況（200m潛深），得到水下機(jī)器人分段耐壓殼體應(yīng)力分布云圖，根據(jù)《潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)與建造規(guī)范》對(duì)殼體耐壓強(qiáng)度校核。
　　b.穩(wěn)定性分析
　　利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)分段耐壓殼體進(jìn)行線性屈曲分析，將模擬數(shù)值與理論計(jì)算數(shù)值比較，得到更加精確的屈曲分析結(jié)果并根據(jù)《潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)與建造規(guī)范》對(duì)殼體穩(wěn)定性校核。
　　c

6、.模態(tài)分析
　　模態(tài)分析主要為了得到殼體固有頻率，將固有頻率與工作海域海浪頻率值對(duì)比，避免殼體固有頻率與海浪頻率接近而發(fā)生共振，同時(shí)得到模態(tài)振型，起吊裝置安置部位應(yīng)避開殼體變形過(guò)大的位置。
　　d.起吊組件強(qiáng)度分析
　　起吊工況下，起吊抱箍和起吊梁承受水下機(jī)器人全部重量，需要分析起吊工況下起吊組件強(qiáng)度，包括起吊抱箍、起吊梁和連接螺栓強(qiáng)度分析，其中螺栓強(qiáng)度分析主要通過(guò)理論分析，起吊抱箍和起吊梁強(qiáng)度分析利用有限元分析軟件得