1、    水下機(jī)器人碰撞動(dòng)力學(xué)仿真與分析    錢光躍摘 要：為了檢驗(yàn)水下機(jī)器人的碰撞性能，本文利用了ansys/workbench中的explicit dynamics模塊對(duì)一種無人有纜水下機(jī)器人的碰撞過程進(jìn)行數(shù)值模擬，并分析了該結(jié)構(gòu)的碰撞性能。為水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析提供了支持。關(guān)鍵詞：水下機(jī)器人；explicit dynamics；碰撞；數(shù)值模擬doi：10.16640/ki.37-1222/t.2018.19.1921 引言隨著人類對(duì)于海洋探測(cè)及水下作業(yè)的增多1，水下機(jī)器人技術(shù)得到了快速的發(fā)展。而在水下機(jī)器人的實(shí)際操作過程中，因?yàn)楣ぷ髂复艿綈毫?/p>

2、海況的影響，及人為操作不當(dāng)，都有可能產(chǎn)生與船體的碰撞。為了研究水下機(jī)器人與船體甲板碰撞對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，本文以一種淺海有纜水下機(jī)器人為例，進(jìn)行了有限元仿真。2 數(shù)值模擬前處理有纜水下機(jī)器人的框架一般為開架式結(jié)構(gòu)2，由鈦合金、鋁合金或不銹鋼焊接而成。鈦合金質(zhì)量較輕，強(qiáng)度高，抗海水腐蝕性強(qiáng)，是三種材料里最適合做載體框架的選材。本文研究的水下機(jī)器人框架為ti-6al-4v鈦合金圓管焊接而成。本文中僅研究碰撞對(duì)焊接框架和浮力材料的影響。在solidworks中對(duì)框架結(jié)構(gòu)和浮力材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化建模，并保存成stp格式導(dǎo)入workbench中進(jìn)行分析。對(duì)模型進(jìn)行材料參數(shù)設(shè)定。對(duì)焊接框架及浮力材料施加1

3、m/s的初速度，甲板施加固定約束。為減少計(jì)算時(shí)間，框架前沿與甲板相切。使整體與甲板呈30°傾斜相撞。設(shè)置計(jì)算時(shí)間為0.05s。3 仿真結(jié)果分析框架在發(fā)生碰撞后，在0.005s時(shí)承受的應(yīng)力最大。在仿真得到分析后，需要結(jié)合計(jì)算公式強(qiáng)度校核，對(duì)最大應(yīng)力和該材料的許用應(yīng)力值進(jìn)行比較。鈦合金屬于塑性材料，塑性材料的許用應(yīng)力計(jì)算公式為：ti-6al-4v鈦合金的屈服強(qiáng)度為650mpa，帶入后，求得。可以看出，焊接框架碰撞的最大應(yīng)力接近ti-6al-4v鈦合金的許用應(yīng)力，所以應(yīng)避免更強(qiáng)烈的碰撞。而浮力材料所受最大應(yīng)力較小，基本不會(huì)產(chǎn)生損壞。4 結(jié)論通過對(duì)水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)碰撞動(dòng)力學(xué)過程的數(shù)值模擬，得出碰撞對(duì)水下機(jī)器人的碰撞可能會(huì)產(chǎn)生影響。因此水下機(jī)器人的布防及回收工作應(yīng)盡量在海況較好時(shí)進(jìn)行，并提前對(duì)工作人員進(jìn)行止蕩的操作培訓(xùn)，避免與船體劇烈碰撞對(duì)設(shè)備的損壞。參考文獻(xiàn)：1俞宙.一種海纜巡檢rov的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)開發(fā)d.杭州電子科技大學(xué)，2015.2宋輝.rov的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究d.哈爾濱工程大學(xué)，2008.3周軍，梅志遠(yuǎn)，王永歷，周曉松.低