水下爬行攻泥机构建模仿真与结构设计方法研究

海底蠕动爬行攻泥机构用于海底打捞时，完成攻打千斤洞和穿带千斤缆的任务。建立它的运动模型并对模型进行仿真是进行攻泥机构结构设计和确定控制方法的理论依据。在目前己有原理性实验样机的基础上，本论文重点分析了机构前进过程中前方土壤的流变过程、阻力的变化规律、支反力的计算、应力的传播、算例和仿真，通过仿真分析，提出了攻泥机构的结构设计方法和结构的改进方向，采用动态分析全运动过程的方法，纠正了以往静止分析某一时刻的方法。本文认为，单纯认为某一时刻阻力大于前进推力机构就不能向前爬行的观点是考虑不周的，由一于机构在海底土壤中运动，其运动原理决定了土壤在产生一定的变形后能够积累起克服阻力的反力，保证机构有一定的前进量，尽管实际前进量要小于它的设计行程。本文在总结前人研究成果的基础上，通过理论推导，具体算例和仿真分析，得出了如下结论：1．在均质土壤中，机构向下爬行时前进阻力的加大是由前方随动土体的加大和土壤抵抗变形能力加强所致；2.在尾部带有柔性长杆的但不施加推力的情况一「，由前进限位块的支撑不足引起的回退量经过几个循环后趋于稳定，而由回拉限位块的支撑不足引起机构的回窜越来越大，最终导致机构停滞不前。3.不管是在粘性或在砂性土壤中，机构向上爬行的工作性态优于向下爬行的工作性态。4，机构在尾部不带柔性长杆的条件下或带有柔性长杆但始终对尾部施加推力的情况下，能够完成整个攻泥的任务。5．在粘性土壤中运动，宜适当加大目前原理性实验样机的结构尺寸，而在砂性土壤中，宜适当减小目前原理性实验样机的结构尺寸。