长航程潜水器艇型设计及结构分析

论文摘要

随着陆地上资源的日益匮乏,人类逐渐将目光转向资源丰富的海洋,海洋资源开发开始成为各沿海国家竞争的焦点。潜水器作为一种新型的水下作业工具,越来越多地被人类应用于海底探索及资源勘查上。随着海洋开发的不断深入,续航力大、探测范围广、能执行多种复杂任务的大型潜水器的需求也越来越大。本文的研究对象是一种能在较大海域执行复杂任务的新型潜水器,该潜水器主要用于水下大范围地形探测、海底管道和海底电缆的跟踪与检修、海洋环境数据和海底样本的获取、水下通讯中继、特定目标的侦察与搜索以及其他各种复杂任务。长航程潜水器最大航程500公里,最大潜深1000米。为了使其更好的完成指定任务,优良的艇体线型及安全可靠的艇体结构将是一个重要的研究课题。本文基于格兰韦尔等人提出的分段设计思想,综合考虑艇体空间需求,以设定可调参数的方式,得出一款满足艇体布置要求且流体性能优良的艇型,并运用FLUENT软件分析了装载首尾舵翼系统的艇体流体性能。为了提高艇体耐压系统的可靠性,文中以电池舱段为例,对环肋圆柱壳耐压结构进行了有限元分析,得出该结构在深水压力作用下的强度与稳性特性。在此基础上,运用二次开发工具APDL和UIDL开发了一套环肋圆柱壳耐压结构的有限元分析系统,为今后设计类似耐压结构提供便利。文中最后重点分析了艇体承载框架在母船系固和双点吊放两种典型工况下的强度与刚度特性,为优化框架结构设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文研究背景及意义
• 1.2.1 潜水器艇体外形的研究状况
• 1.2.2 潜水器耐压结构的研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 艇型设计
• 2.1 艇型方案优选
• 2.1.1 选用流线形艇体的依据
• 2.1.2 五种艇型设计方案
• 2.1.3 五种艇型阻力计算
• 2.2 格兰韦尔艇体设计
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 无量纲化坐标与坐标转换
• 2.2.3 边界几何条件
• 2.2.4 线型方程建立的一般方法
• 2.2.5 艇体型线设计基本思路
• 2.2.6 艇体艏部数学线型的建立
• 2.2.7 艏部物理线型的建立
• 2.2.8 艉部物理线型的建立
• 2.2.9 艇体外形设计结果
• 2.3 附体方案设计
• 2.3.1 附体外形设计
• 2.3.2 附体位置设计
• 2.4 艇体流体性能分析
• 2.4.1 裸艇体阻力分析
• 2.4.2 装有舵翼系统的艇体阻力分析
• 2.4.3 椭圆型剖面艇体的流体动力特性
• 2.5 本章小结
• 第3章 潜水器耐压壳体结构强度分析
• 3.1 环肋圆柱壳强度稳定性分析
• 3.1.1 单舱段应力分析
• 3.1.2 五个舱段耦合应力分析
• 3.1.3 基于轴对称问题的有限元分析
• 3.1.4 环肋圆柱壳结构优化设计
• 3.2 无开孔球形封头强度稳定性分析
• 3.2.1 模型建立
• 3.2.2 强度分析
• 3.2.3 稳定性分析
• 3.3 基于ANSYS二次开发的潜水器耐压壳应力分析系统
• 3.3.1 ANSYS基础知识
• 3.3.2 环肋圆柱壳应力分析系统的二次开发
• 3.4 本章小结
• 第4章 潜水器承载框架结构强度分析
• 4.1 框架结构的形式
• 4.2 框架结构的材料
• 4.3 框架结构的强度刚度计算分析
• 4.3.1 计算工况
• 4.3.2 计算方法
• 4.3.3 有限元模型的建立
• 4.3.4 施加载荷
• 4.4 计算结果及分析
• 4.4.1 母船系固工况计算结果
• 4.4.2 双点吊放工况计算结果
• 4.4.3 结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢