近年来,随着计算机技术的高速发展,有限元法已经在结构工程强度分析方面得到了非常广泛的应用。在保证分析精度的基础上,基于有限元法对水下机器人进行结构优化及分析,不仅可以延长水下机器人的使用寿命,而且还可以缩短研制周期,降低研制成本。本文应用有限元和理论分析相结合的方法,围绕水下机器人的结构优化及分析展开研究。本文主要研究内容如下。(1)基于企业提供的主航行体的初步模型,应用有限元分析软件ANSYS中的APDL语言对其进行参数化建模。由于初始模型的结构强度不满足要求,故提出三种不同的优化方案。在此基础上,对水下机器人进行结构分析,对三种方案分析结果进行对比。选出较优方案。然后,在满足水下机器人强度和刚度的情况下,在较优方案的基础上,对初始模型中的几何参数进行调整,从而达到结构优化目标,得出水下机器人的优化模型。(2)在所给建议、加工要求和实际情况得出新模型的基础上,考虑到水下机器人的不同工况,基于有限元和理论分析方法,针对水下机器人的各个工况进行结构分析。(a)水下机器人深海工况下的强度分析基于有限元法,对水下机器人的耐压舱体进行耐压强度分析和屈曲分析,得出相应的应力分布情况和屈曲分析频率值,并根据《潜水系统和潜水器入级与建造规范》对其进行耐压强度校核及稳定性校核。(b)水下机器人海浪工况下的结构分析考虑到水下机器人海浪工况下的危险状态,采用理论计算方法计算海浪工况下的波浪载荷,得出危险状态下的波浪力矩。为全面考虑波浪载荷作用下水下机器人的耐波强度,其耐波强度分析分为主航行体的耐波强度分析和舱段连接处螺栓组的强度分析。在此基础上,分别基于有限元和理论分析方法对波浪载荷作用下的主航行体和舱段连接处螺栓组强度进行分析和校核。基于有限元法,对水下机器人进行模态分析,得出其前6阶固有频率,以供企业参考。(c)水下机器人起吊工况下的强度分析水下机器人的起吊组件和挂接组件分布在舱段4和舱段5上,计算起吊工况下舱段4和舱段5的载荷,在此基础上,基于有限元法对水下机器人舱段4和舱段5进行了起吊强度和侧翼强度分析,得出相应的应力分布情况,并根据合格判据进行强度校核。考虑到重要部位的螺栓组,还需对其进行理论分析和校核。本文对水下机器人进行了结构优化和非常全面的结构分析,其分析结果为企业水下机器人结构设计提供了有力的帮助。