基于Ansys技术的船用起重机吊臂的参数化设计

船用起重机是一种水上作业的特种起重机,主要负责船舶甲板货物的装卸、海上平台施工的吊装等任务,是船舶海上运输的重要配套设备。随着大型集装箱船的吨位和载货量的增加,船用起重机的工作载荷和作业半径越来越大,这些因素都对船用起重机的结构强度提出了更高要求。为了提高船用起重机的强度和使用寿命,世界各国都对船用起重机的开发投入了大量的精力,船用起重机也向着轻量化、高强度、高温定性方向发展。本文针对船用起重机的吊臂结构,采用有限元分析Ansys对吊臂结构建立了参数化模型,并在参数化模型的基础上完成了船用起重机吊臂的优化设计。     

基于有限元分析的船用起重机吊臂参数化设计

船用起重机是一种水上作业的特种起重机,主要负责船舶甲板货物的装卸、海上平台施工的吊装等任务,是船舶海上运输的重要配套设备。随着大型集装箱船的吨位和载货量的增加,船用起重机的工作载荷和作业半径越来越大,这些因素都对船用起重机的结构强度提出更高要求。为了提高船用起重机的强度和使用寿命,世界各国都对船用起重机的开发投入了大量的精力,船用起重机也向着轻量化、高强度、高温定性方向发展。本文针对船用起重机的吊臂结构,采用有限元分析Ansys对吊臂结构建立了参数化模型,并在参数化模型的基础上完成了船用起重机吊臂的优化设计。     

沿海66m运石船吊臂结构强度有限元分析和稳定性校核

摘 要：利用MSC/Nastran软件对吊臂结构在4种工况下进行了强度有限元分析,并对其稳定性进行了校核。文中介绍了载荷的计算方法和约束条件的施加方法。通过有限元分析得到的结论对同类型吊臂结构的设计和强度分析有一定的参考价值。计算结果表明该吊臂结构强度和稳定性符合规范要求。     

船舶舵机基座轻量化设计

[目的]研究将结构优化设计方法运用于船舶基座轻量化设计的流程及其效果。[方法]选用船舶常用舵机基座为研究对象,利用结构优化软件Hyperworks建立模型并进行优化设计。分析板厚对应力的灵敏度,通过将整体式基座改为柱状式基座并辅以尺寸优化以及拓扑优化手段,获取更为合理的基座形状、板厚分布以及减轻孔位置,从而最终获得最大的轻量化效果。[结果]结果表明:将整体式基座改为柱状式基座,能使该型基座减重12.61%;进一步进行尺寸优化后,该型基座取得了36.6%的减重效果;进行更进一步的拓扑优化后,该型基座更是取得了减重37.7%的显著效果。[结论]所提的轻量化设计流程和方法能为船舶辅助装置实际工程中的轻量化设计提供参考和思路。     

基于粒子群算法的环向加筋夹层圆柱壳体优化设计

为了获得环向加筋夹层圆柱壳体尺寸的最优化参数,首先参考一般环肋圆柱壳体强度与稳定性校核方法,并根据环向加筋夹层圆柱壳体应力分布规律和稳定性特征,提出环向加筋夹层圆柱壳体强度与稳定性校核方法;其次以强度与稳定性要求为约束、以结构重量最轻为目标,建立优化设计的数学模型,并利用粒子群优化算法完成了环向加筋夹层圆柱壳体的尺寸参数优化。最后探究了结构重量随极限潜深增大的变化规律。研究成果表明,利用粒子群优化算法进行环向加筋夹层圆柱壳体参数优化设计可以获得令人满意的结果。     

49m全回转车客渡船吊臂结构强度分析

以某49 m全回转车客渡船为研究对象,以《钢质内河船舶建造规范》(2009)为依据,利用有限元方法对该渡船吊臂及吊臂所在处船体结构进行校核。计算结果表明,吊臂结构强度符合规范要求。该结构强度分析方法为同类型船舶在吊臂及吊臂处船体结构设计、优化、强度加强提供参考。     

轻型桁架式船用悬臂吊结构最小柔度设计

为实现某船用悬臂吊结构低柔度、轻量化设计,采用Hypermesh软件建立吊臂结构有限元模型,并将其简化为一平面拓扑优化问题。本文先后对结构体积比函数设计空间进行遍历(0.2~0.7),计算结果表明,当体积比为0.2时,结构刚度的改进程度相对较小;随着体积比增加至0.3、0.4或0.5时,吊臂结构整体刚度有较大的改进;当体积比为0.6或0.7时,刚度提升的程度相对较小,趋势也逐渐变得缓慢。此时,增加质量对刚度有一定的改进作用,但不明显。因此在实际结构设计中,本文推荐使用体积比为0.5对应的结构拓扑。     

基于规范计算的油船中剖面优化设计

为降低船舶造价,最大限度地实现船舶的轻量化设计,基于船体尺寸优化的思想,以油船中剖面结构为研究对象,采用法国船级社规范计算工具Mars2000对油船中剖面进行结构定义和载荷计算,通过优化分析软件ISIGHT集成设计变量、约束条件、目标函数,建立参数数据流;开发基于协调共同结构规范（Harmonized Common Structure Rules, HCSR)计算的船舶尺寸优化系统,获得油船中剖面结构设计方案。优化后中剖面面积比原始设计减少6.4%,实现油船的轻量化设计。     

某V型高速船用柴油机油底壳结构轻量化设计

以某V型高速船用柴油机油底壳结构为研究对象，基于油底壳数学优化模型，应用Optisrtuct计算平台，以质量最小为优化目标，对油底壳结构的板材厚度进行尺寸优化，对横隔板进行拓扑优化，确定油底壳板材厚度组合和横隔板构型的设计方案。结果表明：相较于原始传统方案，优化后的油底壳质量下降28.7%的同时，静强度储备提升18.9%，基频提升17.8%，实现了柴油机油底壳轻量化的目标。这验证了柴油机油底壳轻量化设计方法的可行性，能够快速得到较好的设计方案，能为柴油机其他部件轻量化设计提供方法借鉴。     

对改进轮式起重机产品结构设计若干问题的探讨

提高轮式起重机的稳定性，可提高其在大幅度下的起重能力，在改进产品结构设计方面，可采取以下措施：增大支腿间距并使纵横支腿间距相等；吊臂下铰点位置沿最小幅度时吊臂轴线方向适当向前布置；采用组合式人字架以提高工作时的人字架高度；选用较高强度的管材来制造吊臂；在必要情况下，适当增加配重或增大转台尾部回转半径；增加底架刚度。     

导管架式海上风机基础结构优化设计

目前海上风机基础结构存在明显的设计冗余，导致海上风机建造成本过高。为提高经济效益，需要对导管架式海上风机基础结构进行优化设计。该文首先基于海上实测数据对海上风机所处环境载荷进行模拟，得到其时间历程；其次通过有限元方法对平箱梁四桩导管架式海上风机基础结构进行强度校核，发现结构可进行轻量化处理；最后以结构最大平均应力、最大位移和质量为目标响应，通过试验设计（design of experiments, DOE）方法和粒子群算法组合的优化方法，得到结构尺寸对结构目标响应的贡献度和主效应关系，并确定各结构最优尺寸。对海上风机基础结构进行优化设计，能在保证安全的前提下降低建造成本，可为后续海上风机基础结构设计建造提供参数参考。     

深海高强度钢环肋圆柱壳单位容积重量优化设计

单位容积重量是水下耐压壳体设计轻量化的一个重要指标,单位容积重量越低,结构可装载人员及重量越多,深海操纵及紧急上浮安全性越高。本文首先建立了600 MPa级高强度钢环肋圆柱壳结构无量纲的优化计算方法。以多学科优化软件Isight为平台,联合利用多岛遗传算法(MIGA)和序列二次规划法(NLPQL)对高强度钢环肋圆柱壳单位容积重量进行优化,得到了最小环肋圆柱壳单位容积重量、最优的半径厚度比与最大工作压力的关系曲线和拟合公式。该公式为深海耐压圆柱壳优化设计和评估提供参考依据。     

基于Ansys的某型舰炮托架拓扑优化设计

为了减轻旋回架的重量和降低生产成本,实现轻量化设计的目的。通过均匀化方法理论,建立了以微结构单胞密度为设计变量,柔顺度最小为目标函数,体积函数为约束函数的拓扑优化数学模型,并通过Ansys有限元软件,对某型舰炮托架进行了拓扑优化研究。根据优化结果对托架进行了结构改进和有限元分析,分析结果表明,在满足结构刚、强度的条件下,托架质量减轻了16%,较好地达到了设计目标,实现了托架结构轻量化设计的目的。这对于舰炮结构改进设计具有工程应用价值,对其他一般机械结构问题也提供了一种设计思路。     

基于参数敏感性的桥式起重机主梁结构优化方法

针对现行桥式起重机主梁存在的结构笨重、材料浪费严重等问题,以ANSYS结构分析为基础,提出了一种基于参数敏感性的主梁结构多参数优化方法。结合VB平台,以200 t～37.5 m桥式起重机主梁为研究实例,以主梁截面各尺寸为优化参数,结构强度和挠度为约束条件,采用一种基于参数敏感性的多参数优化方法,对主梁结构进行轻量化优化设计。结果表明,该方法能够快速找到最优解,且最优解能够使主梁质量减少约40%。     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。     

基于灵敏度分析的环肋圆柱壳结构优化

针对环肋圆柱壳结构强度和稳定性(包含肋骨侧向稳定性),引入新的灵敏度计算方法,开展了几何参数的灵敏度分析,获取了主要影响参数;给出了考虑肋骨侧向稳定性后的材料利用率计算公式后,在结构满足强度和稳定性要求的条件下,以重量最轻、材料利用率最高为优化目标建立了优化数学模型。采用多目标遗传算法对结构在考虑肋骨侧向稳定性后进行了优化。结果表明,这种灵敏度计算方法具有良好的可靠性,基于灵敏度分析的结构优化的方案具有显著的可行性、高效性。     

基于改进粒子群算法的大开口甲板板架轻量化设计

船舶甲板板架是船体结构的主要组成部分,如何减轻其结构重量是船体结构设计中最为关注的问题之一。本文根据典型甲板结构特点并结合工程经验提出带支柱大开口甲板板架结构轻量化设计数学模型,针对粒子群算法在寻优过程中存在的容易陷入局部极小、收敛速度慢等缺点,结合粒子在实际寻找食物的过程中,大部分可以飞到其预期的最佳位置,而少数粒子由于受不确定因素影响,发生飞行偏离,提出一种改进粒子群算法。基于改进的粒子群优化算法和ANSYS参数化建模技术完成了典型甲板板架结构在强度约束条件和稳定性约束条件下的轻量化设计,获得了最优设计方案。     

基于神经网络与遗传算法的潜艇舱壁结构优化

建立了某潜艇端部耐压平面舱壁结构优化设计的数学模型,以舱壁上加强桁(筋)结构的剖面尺寸为设计变量,结构强度、稳定性、工艺性要求为约束条件,以加强桁(筋)结构总体积为目标函数,用人工神经网络方法代替结构的有限元分析,结合遗传算法完成了舱壁的结构优化设计。在为网络生成学习样本时,自行设计了正交表,解决了因为设计变量多,无法选取合适正交表而随机取样的问题。数值仿真结果表明,优化设计方案质量较原始初步设计方案减少了18.3%。     

砰击载荷作用下的双体船湿甲板综合优化

双体船由于高航速及独特的结构形式,船体湿甲板处受砰击载荷影响较大,其结构安全受到较大的威胁。采用有限元软件Ansys对目标船湿甲板结构进行参数化建模,运用CFD方法分析求解湿甲板处的砰击载荷。以多学科优化软件Isight为平台,集成有限元软件,以湿甲板各位置板厚、桁材与骨材尺寸和数量为设计变量,以结构应力作为约束条件,以湿甲板结构重量为目标函数,开展砰击载荷作用下的双体船湿甲板优化设计。计算结果表明,考虑结构布局的优化可以以更小的代价实现应力分布均匀化和结构轻量化目标。