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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,評估了狀態(tài)變量的變化趨勢。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:TH6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號: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個空心體。弧形面板和背板鋪以加強(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個板條組合圍成的梯形。船廂門通過2個液壓缸及驅(qū)動滑輪
6、驅(qū)動,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語句)控制變量在特定設(shè)計(jì)變量,共16個,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)58、部加強(qiáng)筋數(shù)3