现代结构优化设计在某船用起重臂设计中的应用.pdf

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1、第37卷第7期2015年7月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．37，No．7Jul．，2015现代结构优化设计在某船用起重臂设计中的应用李振华(新乡职业技术学院，河南新乡453002)摘要：为实现对某船用起重臂结构的轻量化设计，本文基于Hypermesh有限元前处理程序建立起重臂结构的有限元模型，并对其进行结构拓扑优化。结果表明：在不同体积比函数下，结构的主要结构拓扑具有较大的相似性，随着结构体积比函数的不断增加，结构材料分布的变化相对较小，并且相对不清晰。因此在实际加工过程中，可

2、以优先考虑体积比函数较低的结构拓扑，当刚度要求较高时，可以根据体积比函数较大的结构拓扑，对相应的连杆结构宽度进行增加。关键词：起重臂；船舶；结构优化；有限元中图分类号：U664．21文献标识码：A文章编号：1672—7649(2015)07—0180—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2015．07．042ModernstructuraloptimizationtechnologyinamarineboomdesignLIZhen．hua(XinxiangVocationalandTec

3、hnicalCollege，Xinxiang453002，China)Abstract：Inordertoachievethelightweightdesignofamarineboomstructure，weestablishedafiniteelementmodeloftheboomstructurebasedonfiniteelementpre-processingprogramHYPERMESH，andthestructuraltopologyoptimizationisthenperformedonthe

4、boomstructure．Theresultsshowedthat：whenincreasingthestructurevolumeratio，thestructuretopologyhavinggreatersimilarity，andthematerialdistributionchangesinthestructureisrelativelysmallandclear．Therefore，intheactualmachiningprocess，thetopologystructurewithlowervol

5、umeratioisthefirstconsideration．Whenfacinghigherstiffnessrequirements，designercouldincreasethewidthofthelinkaccordingtothestructuraltopologywithhighervolumeratio．Keywords：boom；ship；structuraloptimization；finiteelementmethod0引言船用起重臂整体结构尺寸、质量较大，这对于原动机而言本身就是一种负担。

6、过大的结构质量不仅会消耗大量不必要的能源，也会导致结构工作过程呈惯性过大，不利于操作，或者结构响应缓慢。因此，可以借助现代结构优化设计，对起重臂结构进行结构优化设计，在刚度不显著降低的情况下，大量削减结构质量，改善起重臂结构整体性能。结构优化的主要方法包括：尺寸优化、形状优化以及结构拓扑优化。其中结构拓扑优化技术最难实现，其设计变量为节点与节点之间的连接关系，以及开孑L数量和位置。目前，该方法已经获得了较好的应用背景，耿楷真等‘1。基于Hypermesh以及Optistruct软件对某舰船发射座架进行了拓扑优化设计

7、，给出了2种软件联合优化的详细过程，结果表明，该方法不仅可以显著减少结构质量，对结构刚度的影响也较小，起到了较好的结构改进作用。冷国俊等¨1采用拓扑优化技术对某雷达加强筋布局进行了优化设计。以雷达精度为设计目标函数，以结构强度和整体质量为约束函数。经过验证，该方法取得了较为满意的结果。王欣等"。为了解决起重机伸缩臂材料分布问题，基于变密度理论，建立了起收稿日期：2014—10—09；修回日期：2014—12一15作者简介：李振华(1977一)，男，本科，讲师，研究方向为机械材料应用及产品设计。第7期李振华：现代结构

8、优化设计在某船用起重臂设计中的应用．181．重臂拓扑优化数学模型，并采用Optistruct软件对其进行求解，获得最优结构拓扑图，使得起重臂结构质量大幅削减，有效地改善了起重臂力学性能。结果表明，该方法采用的数学模型较为合理，有效地解决了起重臂截面优化问题。刘海等‘4。为了解决结构噪声问题，基于变密度法理论，对结构加强筋布局进行了优化研究。文献建立了结构有限