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耐壓殼是ROV的重要組成部分，耐壓殼有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定特性才能保證ROV的作業(yè)深度、保證ROV所攜帶的電子設(shè)備和傳感器的正常工作，是關(guān)系到ROV能否承受深海高壓和保證其總體性能的首要條件，有限元分析研究的是保證其有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和盡可能小的重量。
在設(shè)計(jì)ROV時(shí)，根據(jù)使用要求規(guī)定了它的工作深度和極限深度。在設(shè)計(jì)計(jì)算耐壓殼體時(shí)，考慮了一定的強(qiáng)度儲(chǔ)備，采用比極限深度更大的計(jì)算深度作為計(jì)算依據(jù)。下潛到計(jì)算深度會(huì)引起耐壓殼體的破壞。相應(yīng)于計(jì)算深度下的靜水壓力稱(chēng)為計(jì)算載荷。計(jì)算深度與工作深度之比稱(chēng)為安全系數(shù)，通常該系數(shù)取為1.25-1.5，但這同時(shí)也增加了其重量。本研究基于Ansys Workbench對(duì)某在研ROV的耐壓殼體進(jìn)行了有限元分析及尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減小耐壓殼質(zhì)量，降低成本。
大多數(shù)ROV的耐壓殼體為球型和圓筒型，耐壓殼是在潛水壓力的環(huán)境中，屬于壓力容器，耐壓殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及力學(xué)分析主要包括壓力作用下耐壓殼體的強(qiáng)度和耐壓殼體的穩(wěn)定性，其受力破壞形式主要為強(qiáng)度破壞和屈曲失穩(wěn)。
該ROV為近海觀察型ROV，最大潛深200m，耐壓殼采用圓筒型結(jié)構(gòu)，圓筒長(zhǎng)度L=330mm，直徑D=125mm，筒壁厚h=10mm，殼體材料選用硬質(zhì)鋁合金(2A12)。材料為各向同性、介質(zhì)均勻，儀器插座板與耐壓殼體連為一體。計(jì)算壓力值P=2x1.5=3MPa(安全系數(shù)取1.5)。
運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)耐壓殼體進(jìn)行三維建模。為了保證計(jì)算結(jié)果的正確性，在建模過(guò)程中盡量保持和原始結(jié)構(gòu)一致；根據(jù)分析問(wèn)題的需要，考慮零件在總裝配中的重要程度、幾何特征與分析問(wèn)題的著重點(diǎn)的相關(guān)程度、幾何特征尺寸與平均網(wǎng)格尺寸的對(duì)比等因素，簡(jiǎn)化對(duì)于分析沒(méi)有必要的模型細(xì)節(jié)。
利用Ansys workbench的前處理模塊進(jìn)行單元格劃分，采用自動(dòng)劃分網(wǎng)格法，依據(jù)要?jiǎng)澐值膸缀误w形狀生成四面體或六面體網(wǎng)格，單元邊長(zhǎng)設(shè)置為15mm。劃分后耐壓殼體的節(jié)點(diǎn)總數(shù)為56950，單元總數(shù)為31438。
耐壓殼體在潛水壓力的環(huán)境下承受靜水壓力載荷，在200m潛深情況下計(jì)算壓力載荷約為3MPa，壓力載荷施加于殼體的外表面，耐壓殼體通過(guò)儀器插座板與兩條鋼帶固定于ROV載體上，可近似認(rèn)為在儀器插座板兩個(gè)側(cè)而施加固定約束。
Pro/E與Ansys workbench是無(wú)縫連接的，將在Pro/E環(huán)境下建立的耐壓殼體模型導(dǎo)入Ansys workbench環(huán)境中，并根據(jù)上述分析模擬加載后得到應(yīng)力與位移分布云圖，由圖看出，耐壓殼體在承受外載荷3MPa的條件下，最大位移為0.27mm，最大應(yīng)力為171.3MPa，故強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。
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