温度场对水下航行器电池舱段结构强度和刚度的影响

利用CATIA和Ansys Workbench软件建立了某型水下航行器电池舱段的实体模型和有限元模型,根据《CB 1235-1993鱼雷环境条件和试验方法》,对电池舱段进行动力学分析。首先研究了结构正常工作条件下电池舱段工作时内部锂/亚硫酰氯电池发热及外部海水温度不同产生的温度场对结构强度的影响。其次分析了不同贮存、运输温度环境条件下,电池舱段结构抵抗脉冲冲击载荷的能力。结果表明,随着海水温度升高,电池舱段内外温差减小,电池舱段受到加速度载荷时的等效应力及变形也随之减小。在脉冲冲击载荷作用下,温度对结构强度及刚度的影响呈非线性。在20℃时,结构的等效应力及变形最小。随着温度正向及负向的变化,等效应力及变形都将增大。     

密闭舱段片状聚合物锂离子电池组温度场分析

水下航行器密闭电池舱段中聚合物锂离子电池工作时所产生的热量极难散出,这会导致聚合物锂离子电池组温度升高,进而影响其性能和安全性。本文针对水下航行器密闭舱段对聚合物锂离子电池建立数学模型,利用Ansys软件对电池组、1/2电池组、50及20块电池所组成的电池组进行温度场分析。通过分析结果可知,片状聚合物锂离子电池叠加在一起时,热量主要沿侧面散出,两端面对电池组温度影响较小,在对电池组进行温度场分析时,正负极极耳不能忽略。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。     

适用于高航速下的ROV减阻结构设计研究

为满足内河8 kn水流条件下航行器稳定航行性能要求,提出一种低流阻、可快速拆卸水下遥控航行器(ROV)总体结构。采用外部流线外形+内部开放框架的设计方法:外部采用Nystrom线型形成外形框架,通过样条曲面生成技术生成外形曲面,完成流体外形设计;内部框架采用横骨架式承载结构,使用标准型材组装框架,各传感器、机电设备、浮体及尾部平衡翼与框架固连。经流体阻力仿真及框架结构有限元冲击仿真分析,流体阻力较开架式总体结构减小90%以上,抗冲击性能可靠,能够满足高流速下的航行要求。本文减阻结构设计方法兼顾了减阻、模块化快速拆装和低成本易实现等优点,对其他水下航行器总体结构设计具有借鉴意义。     

水下航行器固有频率模型的可靠性分析

使用有限元模型进行仿真分析已在我国船舶行业中得到了广泛的应用,但是对有限元模型可靠性的研究较少。针对水下航行器结构,将振动频率的试验结果是否处于有限元模型计算的预报区间内作为标准,判断有限元模型的可靠性。基于设计参数型的有限元模型修正和确认方法,以水下航行器结构振动频率为响应特征,建立有限元的响应面模型,使用蒙特卡罗模拟和核密度估计预报水下航行器前四阶模态频率的区间估计和概率密度函数,通过比较试验结果和区间估计判断水下航行器有限元模型的可靠性。     

耐压圆柱壳开孔采用非对称围壁加强解析解与有限元解对比分析

单壳体水下航行器开孔加强结构由于受到外形限制,往往需采用非对称围壁结构进行加强,传统解析解给出了对称围壁加强的计算方法,但其是否适应于单壳体水下航行器单边加强(加强围壁外伸部分非常短)的结构有待研究。本文针对典型单壳体开孔非对称围壁加强结构,开展解析解分析与有限元仿真分析的对比研究。通过调整非对称围壁相关参数,对比解析解与有限元解的圆柱壳开孔孔边中面周向应力与围壁中面周向应力值,分析围壁不同参数对于孔边应力集中的影响规律,对解析解与有限元解偏差原因进行了探讨,为工程设计提供参考。     

海洋探测型AUV壳体设计与强度校核

近年来,由于海洋环境探测的需要,探测型自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)技术发展迅速。耐压壳体结构设计是自主水下航行器设计的重要组成部分。以《潜器系统与潜水器入级与建造规范》和《潜艇结构设计计算方法》为原则,对某海洋探测型AUV的耐压壳体结构进行设计,然后采用有限元仿真的方法对其强度和稳定性进行校核,最终得到满足设计要求的耐压壳体结构。     

基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法

水下航行器动力分析属于非线性问题,传统UT变换分析检测算法对于非线性问题的求解精度较低,因此设计一种基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法。首先建立坐标系,对水下航行器的工作过程进行受力分析,并对水下航行器的运动和受力参数进行描述;随后引入高斯滤波函数,经过状态初始化、时间更新、量测更新的步骤,完成水下航行器动力分析检测算法设计。为了验证设计的算法具有较高的求解精度,设计水下航行器的冲击实验,根据冲击后的最大变形和最大等效应力对算法的计算精度进行判断。实验结果表明,设计的算法最大变形和最大等效应力的值均优于传统算法,验证了设计的基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法具有更高的计算精度。     

水下航行器电子设备环境应力测试方法研究

水下航行器作为特殊的航行器,其特殊性直接反映在自身工作环境为高湿、高压的水下环境。在水下环境中航行器携带电子设备受到外界影响较大,传统的应力测试方法无法在水下环境中进行。因此,提出水下航行器电子设备环境应力测试方法研究。考虑到水下环境无法手动测量温度、压力等应力参数,提出方法采用电子感应信息技术,通过采用温度、压力传感器对电子设备相关参数进行采集;接着对应引入温度与压力算法,计算得到准确数据后,通过引入应力分析算法,对温度、压力数据进行综合性应力计算,得到电子设备的最终环境应力数值;最后通过仿真实验证明提出方法的可行性。     

壳体结构水下辐射噪声FEM/BEM计算

圆柱壳体结构水下辐射噪声计算对于水下航行器设计具有重要的意义。本文基于壳体结构与周围流体介质的耦合作用,建立壳体结构的FEM/BEM数学模型。在理论基础上,利用有限元软件MSC.Nastran建立壳体结构有限元模型并进行修正,并利用声学计算软件LMS Virtual.Lab Acoustic进行辐射噪声计算。本文的方法为预测水下结构辐射噪声提供了一个典型的实例。     

剪切型隔振器在动力装置隔振中的研究

以带有隔振器的水下航行器动力舱段为研究对象,利用I DEAS有限元分析软件以及VC++计算程序为工具,对隔振器结构进行优化设计,并结合原理实验对传统的"O"型圈隔振器和剪切型隔振器的传递率特点进行分析比较,进而探讨剪切型隔振器在水下航行器动力舱段进行整机隔振的可能性.     

自主水下航行器燃料电池技术研究进展

自主水下航行器作为一种无人自主平台,在海洋科学调查、海洋油气工业和国防军事领域发挥着越来越显著的作用。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种可以替代锂电池的潜在能源形式,将显著提升自主水下航行器的航程和工作时间。将PEMFC集成在自主水下航行器上不仅面临水下密闭空间持续稳定运行的挑战,同时涉及到集成平台带来的额外设计约束。本文综述近十年应用于自主水下航行器上的质子交换膜燃料电池研究进展,主要围绕自主水下航行器集成平台对燃料电池带来的设计约束、反应物的储存方案和评价指标体系、系统原型开发和试验测试。反应物的储存方案一直是研究的热点,在系统原型开发和测试上的研究进展有限。     

剪切型隔振器在动力装置隔振中的研究

以带有隔振器的水下航行器动力舱段为研究对象，利用I＿DEAS有限元分析软件以及VC＋＋计算程序为工具，对隔振器结构进行优化设计，并结合原理实验对传统的“O”型圈隔振器和剪切型隔振器的传递率特点进行分析比较，进而探讨剪切型隔振器在水下航行器动力舱段进行整机隔振的可能性。     

分层结构材料顺序对水中冲击波的影响研究

采用分层结构设计是有效提升现代舰船的抗爆炸冲击能力的一种方式。通过建立水下航行器的分层结构模型,采用高压下冲击波在分层介质中的传播理论模型,分析分层结构不同材料的合理排列顺序,并进行验证性的试验研究。研究表明,在为舰船或者水下航行器等装备设计分层结构时,在不影响整体布局的情况下,需重点考虑到材料的排列顺序。     

基于有限元的水下航行器腐蚀静电场特性分析

基于电化学腐蚀理论,介绍了通过有限元方法对水下航行器静电场进行仿真建模的方法及过程。通过典型算例分析了水下航行器的静电场分布特性,为基于水下电场特征控制的舰船隐身提供理论基础和数据支撑。     

水下无人搜探系统装备使用模式分析

本文从搭载平台、使用水下无人航行器数量、水下无人航行器与母船相对距离、水下无人航行器搜索和探测目标的行动方式、使用人员对水下无人航行器干预程度等几个方面,并结合任务类型和性质,分析提出水下无人搜探系统装备使用模式。     

分层结构材料顺序对水中冲击波的影响研究

采用分层结构设计是有效提升现代舰船的抗爆炸冲击能力的一种方式。通过建立水下航行器的分层结构模型,采用高压下冲击波在分层介质中的传播理论模型,分析分层结构不同材料的合理排列顺序,并进行验证性的试验研究。研究表明,在为舰船或者水下航行器等装备设计分层结构时,在不影响整体布局的情况下,需重点考虑到材料的排列顺序。     

基于混合网格的水下航行器系统航行特性研究

水下航行器系统是包含主体、推进系统和其余附体的整体结构,其航行特性研究是水下航行器系统设计的重要内容.为研究水下航行器系统的航行性能和航行时的表面压力特征和流场特性,基于CFD方法,使用重叠网格和滑移网格相结合的混合网格技术对某自主研发水下航行器系统模型进行直接模拟.结果表明:水下航行器系统在不同大小的推力作用下,会表现出不同的航行性能,通过推力-速度曲线可以插值得到不同推力下的航行点;水下航行器在来流速度不同时其所受表面压力大小不同,但分布规律相似,且具有相同的流场分布特性.     

平顶型内置式耐压液舱力学性能分析与设计

采用有限元方法研究不同工况下平顶型内置式耐压液舱及耐压船体的应力分布特征和稳定性,并对耐压液舱结构进行改进设计。结果表明,耐压液舱内外相连通时的工况各结构的应力水平较高,高应力主要出现在耐压液舱区域,耐压液舱区域结构稳定性高于非液舱区域耐压船体。采用增减板厚和增加纵向结构的方式改进设计有效地改善了液舱结构的高应力问题,该研究结果可为平顶型内置式耐压液舱结构设计提供参考。     

舰船结构弹塑性冲击响应数值计算

舰船的结构强度是保障其航行安全性的关键,水下爆炸冲击会对舰船的船体结构产生冲击性载荷,但载荷超过舰船结构的弹塑性临界值时,就会对船体造成不可恢复的破坏,造成沉没等。因此,世界各国花费大量的人力和财力,不断研发新型舰船,提升舰船结构的抗水下爆炸冲击性能。本文首先分析水下爆炸冲击作用的特性,结合船体壳状结构的力学模型,利用有限元分析软件Ansys进行舱段的弹塑性分析,有助于提高舰船结构的强度优化设计。