基于Ansys Workbench+CAD的水下自主航行器本体结构设计（水下机器人）

目录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 水下机器人概述 2
1.2.1 水下机器人分类及特征 2
1.2.2 国内外研究现状 2
1.3课题主要内容 5
1.3.1 研究目的 5
1.3.2 研究内容 5
1.3.3拟解决的关键问题 5
1.3.4 研究方法 6
2 AUV整体结构设计 7
2.1 AUV设计参数及分层设计 7
2.1.1 AUV设计参数 7
2.1.2 AUV分层设计 8
2.2 AUV耐压壳的设计 8
2.2.1 耐压壳的整体形状设计 8
2.2.2 耐压壳体内部空间划分设计 9
2.2.3 耐压壳体的材料 10
2.2.4 耐压壳体的计算 10
2.2.5 耐压壳体的密封 11
2.3 观察窗的设计 12
2.4 本章小结 13
3 AUV分层系统设计 14
3.1 AUV推进装置与舵 14
3.1.1 推进器的排列设计 14
3.1.2 推进器的选用 15
3.1.3 推进系统与舵的设计 16
3.1.4 AUV推进系统与舵的密封设计 17
3.2 能源系统设计 18
3.3 AUV防腐蚀 19
3.4 本章小结 19
4 关键部分校核与分析 21
4.1 关键部位的校核 21
4.1.1 电机与舵机连接轴的校核 21
4.1.2 稳心的校核 22
4.2 基于solidworks的静态分析 22
4.2.1电机与舵机连接轴的分析 22
4.2.2 AUV耐压壳主体分析 26
4.2.3 AUV舵的分析 29
4.3 基于Ansys Workbench的AUV动态分析 32
4.3.1 网格划分 32
4.3.2 边界条件的设定 33
4.3.3 分析结果 33
4.4 本章小结 36
全文展望与总结 37
参考文献 39
致谢 41
1.3课题主要内容
1.3.1 研究目的
完成水下自主航行器的本体结构设计，搭建水下探测传感器的运行平台，进行浅水淡水域水下自主航行器本体结构的通用化、模块化的研究，确定在多种功能要求下的通用AUV总结构框架的最优设计。
研究水下自主航行器的整体结构设计，采用通用型的设计，方便控制、导航以及能源等模块的加入以及拓展，为日后海洋大学的水下自主航行器的结构研究提供参考样本，及其他部分的研究提供搭载平台。
1.3.2 研究内容
课题的主要研究内容为：
（1）AUV主体的具体几何参数设计、三维设计、仿真分析。
（2）AUV推进方式设计，确定动力源以及传动方式，选用相关零部件。
（3）AUV舵机系统设计，设计传动方式、连接方式以及AUV的运动控制方式。
（4）AUV观察窗设计，传感器舱的设计。
（5）AUV动密封方式的研究与设计，应用于AUV主壳体连接处，以及推进系统、舵机系统与观察窗部位。
（6）关键部位的强度校核以及AUV整体的流体分析。
本文主要用到结构分析、流体分析以及强度校核设计等知识，因此采用理论分析与计算机仿真结合的方式研究。
1.3.3拟解决的关键问题
本课题研究水下自主航行器的结构设计，运用机械学的知识拟采取多种方案取优，并通过ansys等相关软件进行AUV的流体分析。主要设计水下自主航行器的结构，对于水下自主航行器的结构形体设计，研究外部形态设计，多重考虑水压等因素；设计内部空间划分，为水下自主航行器搭载其他系统预留空间。
拟解决的关键问题：
（1）耐压舱壁厚的优化设计。
（2）关键部件的强度校核。
（3）AUV结构的通用化设计。
1.3.4 研究方法
本课题研究AUV的结构，该机器运作时具有多个系统共同工作，包括推进器系统、舵、耐压壳、控制系统、能源系统、导航系统、传感器系统、螺旋桨推进器，各个系统具有多种选择方案，例如推进器系统使用螺旋桨装置、喷水装置或者矢量装置等。对于AUV以具体功能为单位进行分析，合理安排设备内外空间；通过优化设计对不同方案组合选优创建本体结构模块划分与设计。利用相关软件进行强度与刚度的校核。