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随机腐蚀下圆碟形水下滑翔机极限强度可靠性

杨旭晖  
【摘要】:圆碟形水下滑翔机是一款具有新概念外形设计形式的水下滑翔机,采用了绕中心轴全对称的机身结构,这种设计带来的变化是在于转向能力的提升,不再需要滑翔机作长距离的回转运动,只要微调节内部滑块的移动即可实现转向功能,机动性较常规鱼雷型水下滑翔机更优秀,适合在小水域中运行。本文便是以课题组研制的圆碟形水下滑翔机样机作为此次研究对象。我们关注的是圆碟形水下滑翔机在经历长期海水工作环境,遭受严重腐蚀的情况下结构安全。首先,耐压壳体作为滑翔机结构的重要组成部分,不仅能够为滑翔机提供所需的浮力,还起到了保护内部仪器设备的作用,为滑翔机提供足够的安全性。该结构在未来工作中经历长时间地受到海水腐蚀,将会出现不确定的随机损伤,在这样的损伤之后的整体结构是否还能满足安全的强度要求,便是这次工作关注的重点。本文便是基于水下滑翔机在海中保持悬浮态的一般工况,将滑翔机的极限强度简化成外部耐压壳体在水中的抗压能力,并在结构计算软件中进行三维仿真建模,计算结构极限强度考虑了材料非线性、结构非线性,无约束自由体等条件。根据同种材料的海底管道腐蚀实验情况,结合现有腐蚀模型拟合公式,建立相应的腐蚀模型,并用于模拟圆碟形水下滑翔机腐蚀情况,并计算一定腐蚀年限下的非线性极限强度。随后依据蒙特卡洛方法,通过大量随机抽样获得符合腐蚀模型分布的每个年限下的大量腐蚀数据,计算每个年限下结构的非线性极限强度均值、标准差,以此来计算结构的时变可靠性,并计算分析在不同的腐蚀模型、工作压力、腐蚀年限下,时变可靠性的变化规律,从而对滑翔机的工作模式、寿命和设计形式等提出改进意见。


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