大型升船机船厢门有限元优化设计.pdf

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1、大型升船机船厢门有限元优化设计石端伟王欢侯顺轶刘灿培武汉大学动力与机械学院武汉430072摘要：构建了某大型升船机弧形船厢门Ansys有限元模型，定义了l6个参数化设计变量。采用最优梯度法，分析了各参数化设计变量对结构质量、最大VonMises应力、最大综合位移及结构第1阶固有频率的灵敏度，筛选了设计变量，评估了状态变量的变化趋势。以船厢门质量为优化目标，以船厢门结构应力、位移及结构第1阶固有频率为状态变量，采用子问题近似法进行有限元优化计算，得到了1组圆整的结构设计参数，满足结构刚度和强度要求，总质量降低22．19％，第1阶固

2、有频率提高4．4％。关键词：升船机；船厢门；有限元；优化设计中图分类号：TH6文献标识码：A文章编号：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％．andthestageInaturalfrequencyisincreasedby4．4％．Keywords：shipelevator；doorofshipelevator；finiteelement；optimaldesign某大型升船机船厢门为带张力杆的弧形门，由弧形面板、背板、舱壁板、水平连接板组成6个空心体。弧形面板和背板铺以加强筋，在水平方向得到加强，加强筋截面结构是由3个板条组合围成的梯形。船厢门通过2个液压缸及驱动滑轮

6、驱动，实现启闭功能，其结构布置如图1所示1参数化有限元分析图1大型升船机船厢门结构图1．弧形面板2．张力杆3．背板4．加强筋1．1参数化变量5．舱壁板6．水平连接板7．上下封闭板实现模型参数化不仅可以提高有限元分析的(a)船厢门结构(b)船厢门侧视图板效率，也是有限元优化设计的必要条件。Ansys参数化有限元分析主要依靠参数化设计语言实而Ansys优化程序处理的设计变量都是连续变化现¨。船厢门为板壳钢结构，考虑到船厢门板的，对此一般有2种处理方法：使用NINT函数材类型众多、加强筋布局复杂的特点，将所有板将小数取为最接近的正整数

7、，或者利用循环分支厚，舱壁板、加强筋的位置及其数量作为参数化控制函数(if、else、do语句)控制变量在特定设计变量，共16个，见表1。其中，中间舱壁板范围内取不同的离散值，本文利用NINT函数进数Ⅳ、弧形面板下部加筋数、背板下部加强行控制。筋数为离散型设计变量，其取值为正整数，一60一《起重运输机械》2010(12)表1船厢门各参数化变量及取值范围设计变量取值范围设计变量取值范围弧形面板厚／mm16<<24上下封闭板J~／mm8<<16背板中部厚／mm10<<20中间舱壁板数5

8、部加强筋数3