水下机器人耐压舱弹塑性稳定性的一种简易计算方法

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1、第ux卷第t期机器人∂²¯quxo²qtΡΟΒΟΤussv年t月¤±qoussv文章编号}tssu2swwykussvlst2sstx2svΞ水下机器人耐压舱弹塑性稳定性的一种简易计算方法于延凯tout林扬ktq中国科学院沈阳自动化研究所沈阳ttssty~uq中国科学院研究生院l摘要}耐压舱的稳定性设计是水下机器人设计中的重要问题之一q本文针对耐压舱的设计问题提出了一种简便的计算方法o并与不同计算方法的结果进行了对比q关键词}耐压舱~稳定性~屈曲中图分类号}×°uw文献标识码}ΑΣΙΜΠΛΕΧΑΛΧΥΛΑΤΙΟΝΜΕΤΗΟΔΦΟΡ

2、ΕΛΑΣΤΙΧΑΝΔΠΛΑΣΤΙΧΣΤΑΒΙΛΙΤΨΟΦΧΟΜΠΡΕΣΣΙςΕΧΑΒΙΝΦΟΡΥΝΔΕΡΩΑΤΕΡςΕΗΙΧΛΕtout≠≠¤±2®¤¬≠¤±ªktqΣηενψανγΙνστιτυτεοφΑυτοματιονoΧηινεσεΑχαδεμψοφΣχιενχεσoΣηενψανγttssty~uqΓραδυατεΣχηοολοφΧηινεσεΑχαδεμψοφΣχιενσεσlΑβστραχτ}¨¶¬ª±²©¶·¤¥¬¯¬·¼²©¦²°³µ¨¶¶¬√¨¦¤¥¬±¬¶²±¨²©¬°³²µ·¤±·¬¶¶∏¨¶q±·«¬¶³

3、¤³¨µo¤¶¬°³¯¨¦¤¯¦∏¯¤·¬²±°¨·«²§¥¤¶¨§²±·«¨©¤¦·¶²©¦²°³µ¨¶¶¬√¨¦¤¥¬±¶¬¶³∏·©²µº¤µ§o¤±§µ¨¶∏¯·¶²©§¬©©¨µ¨±·¦¤¯¦∏¯¤·¬²±°¨·«²§¶¤µ¨¦²°³¤µ¨§qΚεψωορδσ}¦²°³µ¨¶¶¬√¨¦¤¥¬±o¶·¤¥¬¯¬·¼o¥∏¦®¯¨1引言kΙντροδυχτιονl的最大工作深度现已达到ysss多米o其耐压舱的几何尺寸也比较小o厚度并非远小于它的最小曲率半耐压舱是水下机器人的重要组成部分o研究的径o所以使用原有的薄壳理论已不能

4、完全适用于水目的是保证其有足够的强度!稳定性和尽可能小的下机器人耐压舱的设计q重量q耐压舱是关系到水下机器人能否承受深海高而对于水下机器人耐压舱稳定性的计算o如果压和保证其总体性能的首要条件q耐压舱有足够的采用弹塑性理论分析相当复杂o只能解决结构形式强度和稳定特性才能保证机器人的作业深度o保证较简单的问题o且需要利用计算机进行编程才能完机器人所携带的电子设备和传感器的正常工作q成计算q因此在耐压舱的初步设计阶段需要一种比2耐压舱稳定性设计中存在的问题kΘυεσ−较简单而且具有一定计算精度的计算方法就显得尤τιονσινδεσιγν

5、φορτηεσταβιλιτψοφχομ−为重要q中国船舶科学研究中心的刘涛博士曾提出πρεσσιϖεχαβινl了一种简易计算方法k下面简称刘涛算法lo但他的方法是在计算两端简支的中短薄壳弹性失稳的∂²±2对于水下机器人耐压舱的设计o在最初的阶段¬¶¨¶公式的基础上提出来的o而∂²±2¬¶¨¶公式是需要大致地计算保持其稳定性的临界潜水压力o而计算环向加筋圆柱壳局部屈曲的计算公式o即计算现有的中国潜水器k水下机器人l的结构设计与分析单层圆柱壳的屈曲公式o因此本文认为它对于计算是基于潜艇结构计算方法与规则的基础之上的q而加筋的圆柱形

6、耐压舱的整体弹塑性屈曲的计算存在潜艇的下潜深度一般为vss米左右o几何外形尺寸一定的局限性q也比较大o其耐压舱的最小曲率半径远大于其厚度o针对上述问题o本文对于环向加筋耐压舱整体故理论分析是基于薄壳理论的q而我国水下机器人Ξ收稿日期}ussuptsps{ty机器人ussv年t月弹性屈曲的计算o提出了另外的一种简易方法q3q2壳体的受力壳板周向应力可表示为3理论推导kΤηεορψλεαδινγlΔΡtΠ3q1整体屈曲计算公式的改进u稦®≈t 于t

7、yx年提出了环向加筋圆柱壳在静式中}Δ))外直径水压力作用下弹性整体屈曲时的临界压

8、力计算公式π))静水压力uΕΙΕη轴向应力可表示为ΘkνptlvnΡδΡΔΡuΠΑtwηuuuuuktlkΑnνlkνptnsqx3Αl进一步得到∂²±2¬¶¨¶相当应力为式中Ρ外uuΡΡtpΡtΡunΡusq{yyΠkwlμΠΡηΑΛ3q3建立方程组并求解μ))轴向半波数由kvlkwl式建立方程组可得Λ))有效长度πΕkΡl3κΡ))曲率半径Ρ外Ρsq{yyπν))周向失稳波数η解之得η))耐压舱的厚度δ))环筋的间隔距离ΕkΡlΡηkxlsq{yyΡ外κΕ))弹性模量pw由已知的切线模量曲线ΕkΡl3tsusqypsq上式没有

9、反映内!外筋的区别o也没有考虑圆柱≈v wuss≈u 壳的弯曲刚度q考虑到耐压舱属于厚壳结构o因此svwyΡpuk一种高强度铝合金的切线模量kΡpvssl用kΡ外pεl代替上式中的Ρo用环筋和圆柱壳的组合曲线o注意}不同材料o要使用不同的切线模量曲