1 引言

21世纪是海洋勘探和开发的世纪，地球的表面积为511 ×108 Km2 ,其中海洋的面积为3. 6 ×108Km2 ,占地球总表面积的71 %。海洋作为人类尚待开发的宝地和高技术领域之一.最深可达11000米左右的国际深海和洋底区域蕴藏着丰富的战略金属、能源和生物资源。这些是地球上尚 未被人类充分认识和利用的最大潜在宝库。人类逐渐把目光转向资源丰富的海洋，海洋资源开发成为各沿海国家竞争的焦点。然而海底世界压力巨大，环境恶劣，一 般的设备难以胜任。潜水器作为海洋勘探及开发、水下抢险救生等工程不可缺少的技术装备,世界各主要国家均已大力发展这项技术。作为海洋大国,我国理应在深 潜器研制及应用方面占一席之地。

载体框架是潜水器各个设备的安装基础，潜水器上的控制舱、电池舱、可弃压载、各种探测设备、浮力块和轻外壳等都将固定在载体框架上，从而形成一艘 具有良好水动力性能的潜水器。同时，载体框架也是潜水器布放、回收和甲板系固的主要承力结构。因此，框架结构设计的好坏直接关系到潜水器的使用安全，是潜 水器整体设计的基础。载体框架的设计应便于设备、仪器、浮力块和轻外壳的安装、拆卸与维护；并有足够的强度和刚度，以保证潜水器的布放和回收，以及在母船 甲板上系固。

2 潜器框架结构形式及主要尺度和参数

2.1 潜器的尺寸参数

总 长: 2.13米
直 径: 0.5米
排水量: 330千克

2.2 材料的选择

为提高潜水器的机动性和灵活性，在保证足够的强度和刚度况下，载体框架的重量应尽可能小，即所选用的制造材料应具有较高的比强度和比刚度。常用潜 水器结构的制造材料为钛合金、高强度钢、铝合金等。本潜器是在渤海海域使用的，属于近海潜器。在设计时,使用了新型塑料低潜器的重量。该塑料具有吸水率 低,密度小,拉伸强度大,等特性。

3 强度分析

3.1 计算工况

根据《规范》在计算分析承载框架的强度和刚度时，应考虑到作业过程中的意外超载和潜水器在穿越空气—水界面时的特殊工况，及母船运输过程中母船运 动（横摇、纵摇等）的影响。根据潜水器布放、回收和在母船甲板上系固的要求，所设计的载体框架应满足：1在四级海况下，能正常地进行潜水器的两点布放和回 收；2在五级海况下，也能将潜水器安全地回收到母船甲板；3潜水器存放在母船机库时，能通过缆绳固定以避免潜水器因与母船的机库内的舱壁等相碰撞。

五级海况下两点收放潜水器要比在四级海况下布放和回收潜水器危险得多，故在强度计算时取五级海况为校核载体框架强度和稳定性的计算工况。

载体框架是复杂的三维桁架结构，受力状况较为复杂，目前尚无成熟的简化计算方法和现存的校核规则，因而应用结构有限元分析软件进行结构强度分析是载体框架强度校核的基本手段。本文采用ANSYS结构有限元分析软件对载体框架的固化方案建立三维结构有限元模型，并进行双点回收和甲板系固工况下的强度和刚度校核。

3.2 有限元模型的建立

潜水器承载框架结构复杂，工作环境特别，安全性要求很高，需要细致考察各个构件及节点的应力位移分布状况。在建立框架的几何模型阶段，为了力求做 到真实反映几何特征，减少对实际结构的简化，除了艇体中部的起吊梁，及中部的设备框架以线结构建立外，其余构件均采用板结构建立。在对几何模型进行网格划 分时，主要采用两种单元类型，即板单元和梁单元。网格划分的过程中，为了提高计算精度，将所有的板均切割成规则形式，以得到四边形面单元，通过对梁单元赋 予不同的断面属性来真实反映其几何结构。

图1 潜器的有限元模型