张洪彬，徐会希，刘　健，赵宏宇，陈　仲

(中国科学院 沈阳自动化研究所 机器人学国家重点实验室，辽宁　沈阳　110016)

0　引言

4 500 m级AUV采用立扁仿生鱼形外观，其内部框架采用笼式结构由63根铝梁焊接而成，材料选择焊接性能优良的高强度铝合金5A06-H112。整个载体分为首段、中段、航行控制段、尾段、磁力探测段和声学载荷段6个部分。其中以中段和航行控制段所占用的体积和承载要求最高，整个机器人绝大部分的设备都直接或者间接搭载在中段和航行控制段,这两段也可以称作是整个AUV系统的大脑和心脏段。所以本文针对这两段进行加速度过载分析、模态分析、频响分析，确保结构在全负载条件下既不会因为静强度不够也不会因为共振效应产生过大变形而发生失效破坏。结合负载实验验证结构的静力学和动力学强度，为整个机器人[1-2]的总体结构设计提供理论参考。

1　有限元建模

根据简化后的三维框架结构，获得概念模型三维坐标，然后在Patran软件中建立框架结构概念模型。通过网格离散后采用MPC多点约束RBE2单元模拟螺栓连接，建立的网格化概念模型如图1所示，三维显示有限元模型如图2所示。本文共计使用6种不同截面形式的梁单元，选用参考标准详见GB/T 4436—1995，具体形式有6 mm和8 mm厚槽铝截面梁单元、35×10和60×10矩形截面梁单元、矩形管截面梁单元、工字铝截面梁单元。网格离散化后共计产生778个单元、754个节点，离散规模相对较小，但这并不影响计算精度，因为根据有限元理论，梁单元属于精确单元，计算精度与离散规模不存在依赖关系。……