大型升船機(jī)船廂門有限元優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

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1、大型升船機(jī)船廂門有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)石端偉王歡侯順軼劉燦培武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院武漢430072摘要：構(gòu)建了某大型升船機(jī)弧形船廂門Ansys有限元模型，定義了l6個(gè)參數(shù)化設(shè)計(jì)變量。采用最優(yōu)梯度法，分析了各參數(shù)化設(shè)計(jì)變量對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量、最大VonMises應(yīng)力、最大綜合位移及結(jié)構(gòu)第1階固有頻率的靈敏度，篩選了設(shè)計(jì)變量，評(píng)估了狀態(tài)變量的變化趨勢(shì)。以船廂門質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo)，以船廂門結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移及結(jié)構(gòu)第1階固有頻率為狀態(tài)變量，采用子問題近似法進(jìn)行有限元優(yōu)化計(jì)算，得到了1組圓整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，滿足結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度要求，總質(zhì)量降低22．19％，第1階固

2、有頻率提高4．4％。關(guān)鍵詞：升船機(jī)；船廂門；有限元；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TH6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001—0785(2010)12—0060—05Abstract：ThepaperestablishestheAnsysfiniteelementmodelforthearcdoorofacertain】argeshipelevator，anddefines16parameterizeddesignvariables．Theoptimumgradientmethodisadoptedtoanalyzeeachparameter

3、izeddesignvariable’Ssensitivitytostructuralmass，maximumVonMisesstress，maxinlunlcomprehensivedisplacementandthestageInaturalfrequencyofthestructure，thusthedesignvariablesaredetermined，andthechangingtrendofthestatusvariablesareevaluated．Withdoorqualityastheoptimizingta

4、rget，thestructuralstress，displacementandthestageInaturalfre·quencyofthestructureasthestatusvariables，sub—problemapproximationmethodisadoptedtoperformthefiniteelementcalculation，thusawholesetofthestructuraldesignparametersareobtained，whichmeetthestructuralrigidityands

5、trengthrequirement．Thetotalmassisreducedby22．19％．a(chǎn)ndthestageInaturalfrequencyisincreasedby4．4％．Keywords：shipelevator；doorofshipelevator；finiteelement；optimaldesign某大型升船機(jī)船廂門為帶張力桿的弧形門，由弧形面板、背板、艙壁板、水平連接板組成6個(gè)空心體?；⌒蚊姘搴捅嘲邃佉约訌?qiáng)筋，在水平方向得到加強(qiáng)，加強(qiáng)筋截面結(jié)構(gòu)是由3個(gè)板條組合圍成的梯形。船廂門通過2個(gè)液壓缸及驅(qū)動(dòng)滑輪

6、驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)啟閉功能，其結(jié)構(gòu)布置如圖1所示1參數(shù)化有限元分析圖1大型升船機(jī)船廂門結(jié)構(gòu)圖1．弧形面板2．張力桿3．背板4．加強(qiáng)筋1．1參數(shù)化變量5．艙壁板6．水平連接板7．上下封閉板實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)化不僅可以提高有限元分析的(a)船廂門結(jié)構(gòu)(b)船廂門側(cè)視圖板效率，也是有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要條件。Ansys參數(shù)化有限元分析主要依靠參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)而Ansys優(yōu)化程序處理的設(shè)計(jì)變量都是連續(xù)變化現(xiàn)¨。船廂門為板殼鋼結(jié)構(gòu)，考慮到船廂門板的，對(duì)此一般有2種處理方法：使用NINT函數(shù)材類型眾多、加強(qiáng)筋布局復(fù)雜的特點(diǎn)，將所有板將小數(shù)取為最接近的正整數(shù)

7、，或者利用循環(huán)分支厚，艙壁板、加強(qiáng)筋的位置及其數(shù)量作為參數(shù)化控制函數(shù)(if、else、do語(yǔ)句)控制變量在特定設(shè)計(jì)變量，共16個(gè)，見表1。其中，中間艙壁板范圍內(nèi)取不同的離散值，本文利用NINT函數(shù)進(jìn)數(shù)Ⅳ、弧形面板下部加筋數(shù)、背板下部加強(qiáng)行控制。筋數(shù)為離散型設(shè)計(jì)變量，其取值為正整數(shù)，一60一《起重運(yùn)輸機(jī)械》2010(12)表1船廂門各參數(shù)化變量及取值范圍設(shè)計(jì)變量取值范圍設(shè)計(jì)變量取值范圍弧形面板厚／mm16<<24上下封閉板J~／mm8<<16背板中部厚／mm10<<20中間艙壁板數(shù)5

8、部加強(qiáng)筋數(shù)3