文档介绍：基于有限元分析下的水下机器人优化
摘 要:本文主要对水下机器人采用有限元分析法,运用有限元分析软件ANSYS二次开发语言APDL实现语言参数建模。之后调整初始模型相关参数,达到了水下机器人结构优化这一目标。确保水下机器人能够在基于有限元分析下的水下机器人优化
摘 要:本文主要对水下机器人采用有限元分析法,运用有限元分析软件ANSYS二次开发语言APDL实现语言参数建模。之后调整初始模型相关参数,达到了水下机器人结构优化这一目标。确保水下机器人能够在优化后,增强有效负载并增大航程,减轻耐压结构重量。
关键词:有限元分析;水下机器人;优化
水下机器人作为为了满足对海洋环境的监测需求,实现了浮标、浅标、水下机器人多项技术相结合,研制形成的无***推进系统,可以借助水下机器人的本身浮力,从而沿锯齿形航迹运行的系统[1]。从某种意义来讲,通过加大水下机器人的结构尺寸,即可满足水下机器人的结构钢强度需求,但为了缩减成本达到轻重量,本文将对水下机器人进行有限元分析优化研究。
1 水下机器人优化对象
水下机器人的舱段结构,由耐压壳、肋骨两大结构组成,由于在2~6舱段有着基本等同的结构,仅仅在结构尺寸以及肋骨的根数方面存在差别,因此本文以5舱段为对象,薄壳耐压壳结构,矩形强肋骨和T型肋骨,于耐压壳体内部呈均匀分布。想要优化水下机器人就要注意三大要素,包括结构优化变量、目标及约束条件,保证对水下机器人的结构钢强度需求满足基础之上,实现对变量的优化调整,所获差异化目标函数值,实现对目标函数值大小相较,进而对比获得最优化方案[2]。
2 建立水下机器人舱段APDL参数模型
舱段模型处理
由于水下机器人的2~6舱段存在较多优化变量,所以想要实施连续优化难度较大,因此决定离散性优化,通过建立APDL模型可以优化重要几何参数,达到结构模型优化。通过建立壳模型并导入至有限元分析软件中,创建ANSYS轴向垂直的工作平面,获得舱段几何模型示意图。并运用APDL参数优化语言,完成舱段参数建模编写程序。
耐压壳体模型简化
简化耐压壳提的关键前提在于能够最大化简化模型,并确保分析时可以尽可能接近原模型。因此仅仅将水下机器人耐压壳体的部分圆角、复杂过渡曲面进行简化处理,并对原始模型特点有所保留,获得简化之后的耐压壳体模型。长高分别为500mm、160mm,耐压壳体设计作为典型多目标优化问题,对于结构安全有力保证前提下,力求能够获得最大化浮力且最轻质量的设计方案。
3 水下机器人优化设计有限元分析
假定该水下机器人能够达到50m的作业深度,100m的极限作业深度,为了确保耐压壳体正常进行有限元分析过程中,取极限作业静水压作为加载载荷。,1~3mm的耐压壳体厚度。
有限元分析处理
进行ADPL有限元分析前期,确定3mm的铝合金材料,划分网格施加静水压载荷,设定1005kg/m3的浅海海水密度,竖直向下100m水压深度,。并添加模型固定约束,均运用法兰盘连接舱段的前、后端面。
分析结果处理
通过分析可得舱段的应力分布情况、位移情况(见下图),可得处于上述极限作业深度下,耐