论文部分内容阅读
圆碟形的水下滑翔机是一类新类型的水下滑翔机,它有很好的操作性能,极佳的机动性能,在军事的探测与科学的研究等方面应用比较广泛。就圆碟形水下滑翔机而言,其耐压壳结构的主要作用是承受水下压力,并提供安全的工作环境给研究人员及设备环境,它也是潜水器浮力的主要供应单元,更是影响滑翔机的水动力性能的关键因素。传统水下耐压壳的重量占整个滑翔机自重比例是25%～50%。因此,对水下耐压壳体进行轻量化能够有效降低滑翔机的重量。本文以圆碟形的水下滑翔机的耐压壳为研究目标,所做主要工作如下:首先,根据滑翔机所处的工作状况、受力特点等来建立合理的力学模型。使用APDL编程语言对圆碟形耐压壳参数化的建模与有限元的分析,并定制用户界面。这种方法极大的减少了分析过程中反复的建模,提高数值模拟分析效率。其次,利用ANSYS自带优化的模块对圆碟形的水下耐压壳实行优化设计。选用零阶与一阶优化这两种方法对耐压壳以质量为目标进行单目标的优化。优化后耐压壳的质量减轻了 29.4%,轻量化的效果显著。再次,使用ANSYS WORKBENCH的优化模块,将耐压壳的质量与应力这两个响应同时作为目标函数,对7个设计变量采用拉丁超立方的采样。然后建立Kriging近似模型的响应面。基于近似模型采用NSGA-ⅡⅡ算法求得耐压壳的多目标最优解。优化后整个滑翔机的性能得到很大的提升。然后,运用ISIGHT集成ANSYS对圆碟形水下耐压壳进行组合优化设计,以质量为目标建立MIGA与Hooke-jeeves相组合的单目标优化设计,在多目标组合优化过程中,将质量与应力同时作为目标,采用AMGA和Hooke-jeeves相组合的多目标优化算法,表明多目标的优化更适合耐压壳结构。通过比较选出了最适合圆碟形水下耐压壳轻量化的设计方案,即基于近似模型NSGA-Ⅱ多目标优化设计。最后,考虑不同软件差异及设计变量的不确定性,在集成软件ISIGHT中建立径向基神经网络近似模型,对圆碟形水下耐压壳实行6σ稳健性的优化,优化后结构更稳健。