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文档简介

1、    水下机器人碰撞动力学仿真与分析    钱光跃摘 要：为了检验水下机器人的碰撞性能，本文利用了ansys/workbench中的explicit dynamics模块对一种无人有缆水下机器人的碰撞过程进行数值模拟，并分析了该结构的碰撞性能。为水下机器人结构强度的分析提供了支持。关键词：水下机器人；explicit dynamics；碰撞；数值模拟doi：10.16640/ki.37-1222/t.2018.19.1921 引言隨着人类对于海洋探测及水下作业的增多1，水下机器人技术得到了快速的发展。而在水下机器人的实际操作过程中，因为工作母船受到恶劣

2、海况的影响，及人为操作不当，都有可能产生与船体的碰撞。为了研究水下机器人与船体甲板碰撞对其结构产生的影响，本文以一种浅海有缆水下机器人为例，进行了有限元仿真。2 数值模拟前处理有缆水下机器人的框架一般为开架式结构2，由钛合金、铝合金或不锈钢焊接而成。钛合金质量较轻，强度高，抗海水腐蚀性强，是三种材料里最适合做载体框架的选材。本文研究的水下机器人框架为ti-6al-4v钛合金圆管焊接而成。本文中仅研究碰撞对焊接框架和浮力材料的影响。在solidworks中对框架结构和浮力材料进行适当的简化建模，并保存成stp格式导入workbench中进行分析。对模型进行材料参数设定。对焊接框架及浮力材料施加1

3、m/s的初速度，甲板施加固定约束。为减少计算时间，框架前沿与甲板相切。使整体与甲板呈30°倾斜相撞。设置计算时间为0.05s。3 仿真结果分析框架在发生碰撞后，在0.005s时承受的应力最大。在仿真得到分析后，需要结合计算公式强度校核，对最大应力和该材料的许用应力值进行比较。钛合金属于塑性材料，塑性材料的许用应力计算公式为：ti-6al-4v钛合金的屈服强度为650mpa，带入后，求得。可以看出，焊接框架碰撞的最大应力接近ti-6al-4v钛合金的许用应力，所以应避免更强烈的碰撞。而浮力材料所受最大应力较小，基本不会产生损坏。4 结论通过对水下机器人结构碰撞动力学过程的数值模拟，得出碰撞对水下机器人的碰撞可能会产生影响。因此水下机器人的布防及回收工作应尽量在海况较好时进行，并提前对工作人员进行止荡的操作培训，避免与船体剧烈碰撞对设备的损坏。参考文献：1俞宙.一种海缆巡检rov的机械结构设计与控制系统开发d.杭州电子科技大学，2015.2宋辉.rov的结构设计及关键技术研究d.哈尔滨工程大学，2008.3周军，梅志远，王永历，周晓松.低

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