1 / 4
文档名称:

双体采砂船门型架结构优化设计.pdf

格式:pdf   大小:2,641KB   页数:4页
下载后只包含 1 个 PDF 格式的文档,没有任何的图纸或源代码,查看文件列表

如果您已付费下载过本站文档,您可以点这里二次下载

分享

预览

双体采砂船门型架结构优化设计.pdf

上传人:青山代下 2024/5/21 文件大小:2.58 MB

下载得到文件列表

双体采砂船门型架结构优化设计.pdf

相关文档

文档介绍

文档介绍:该【双体采砂船门型架结构优化设计 】是由【青山代下】上传分享,文档一共【4】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【双体采砂船门型架结构优化设计 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。第1期船海工程 2010年2月 SHIP&OCEAN ENGINEERING 双体采砂船门型架结构优化设计鄢慧敏,李培勇,杨辉杰,汪敏。(,武汉430063;,杭州310014; ,淳安311715) 摘要:基于有限元分析软件ANSYS中的优化技术,采用零阶优化方法对双体采砂船门型架结构进行优化设计。介绍门型架有限元模型的建模方法、边界条件的选择等。通过优化门型架结构中各构件的截面尺寸,在满足强度要求的条件下达到了减轻结构重量的目的。关键词:门型架结构;优化设计;双体采砂船中图分类号: 文献标志码:A 文章编号:1671—7953(2010)01—0052—04 文中讨论的采砂船是一艘非白航的双体工程表1截面尺寸参数值船舶,由于作业条件及机械设施的需要,此双体采砂船的结构形式比较特殊,片体间连接的连接桥甲板仅占船长的1/3,且舯前没有连接桥连接;船首设置门型架结构用来起吊砂管。由于结构的特殊要求,本船的连接桥和门型架结构是根据经验设计的。整船有限元计算的结果显示,虽然门型架结构的应力满足要求,但是结构尺寸有调整的余地,考虑通过优化计算协调门型架的结构配置, 使得门型架上应力分布更加合理。1 采砂船门型架结构计算模型门型架结构横跨在双体采砂船两片体的船首梁元模拟,在ANSYS中有如下截面的梁可以模甲板上,为对称结构。砂管的布置为:输砂管一端拟门型架的构件。模拟的截面形状见图1。般用铰链的方式固定在双体采砂船连接桥开档一主部位;另一端在采砂作业时沉人水底吸砂,停泊时置于河床,在移动或检修时则通过门型架上的滑轮组将砂管吊起。优化设计中,选择起吊砂管时的工况作为计算状态。 a)槽钢截“匈 b)槽钢对接截面 c)工字铡截面门型架结构主要采用两种型钢:槽钢和工字图1 门型架构件的截面形状钢。门型架结构各构件的截面参数见表l。 元模型,梁单元的大小设置为250 mm,即为肋距的1/2。门型架结构有限元模型见图2。收稿日期:2008—12—30 2 门型架结构边界条件的选取修回日期:2009 06 08 作者简介:鄢彗敏(1984一),女,硕士生。 :船舶先进制造技术。门型架结构是双体采砂船的一部分,设置在E-mail:huimin-******@ 船体首部甲板上。从该船的结构特点可知,门型52双体采砂船门型架结构优化设计——鄢慧敏,李培勇,杨辉杰,:零阶方法和一阶方法[1]。针对门型架结构,选择零阶方法中Sub—Problem子问题优化方法与DV Sweeps扫描法_2]相结合进行优化。首先选择子问题优化方法,设置迭代次数为3O次,获得7个可行性优化结果;然后在子问题优化的基础上接着执行扫描优化,设置扫描次数为5次,这是在子问题法获得的最优序列基础上进行第二次优化。图2门型架结构有限元模型每次选择完优化方法并设置相应的参数后,再执架结构的主要受力构件在顶横梁部位,支柱下端行优化,等优化结束之后才能设置其他优化方法, 的约束方式对其应力分布影响不大,如果把船体并再次执行优化计算。甲板看成是地面,则门型架支柱下端可以近似看考虑到单独讨论门型架时,每次优化迭代过作是以简支的方式与甲板相连接的。单独计算门程中计算的约束都是最初状态下施加的强迫位型架时,要考虑到船体上的力会传递到门型架上, 移,然而迭代过程中当截面尺寸变化时,门型架与使门型架发生变形、产生应力。因此在选取边界船体相连接的节点的位移也是变化的。因此,针条件时,对约束的节点计人一个强迫位移{X 对约束点的强迫位移进行多次迭代计算,把初次}。此位移就是整船受力变形时门型架与优化后选取的型材代人整船模型进行计算,得出、船体相连接的节点的位移,从整船的计算结果可门型架与船体相连接的节点的位移,把此位移作提取节点位移列表。为新的约束条件,对门型架进行再次优化计算,反分别取横弯和扭转T况时门型架与船体相连复迭代多次。接的节点所产生的位移作为计算的边界条件。,对优化计本双体采砂船的门型架结构除承受船体传递算结果进行比较分析,确定一组结构剖面模数,然的载荷外,主要承受起吊砂管的载荷,在进行门型后再根据型材的标准尺寸系列选择型材,实际选架结构优化计算时所取的计算载荷为起吊砂管的取型材的截面最小剖面模数要大于优化计算结载荷,即F===165 N。果。根据优化结果综合选取的门型架构件截面尺3 采砂船门型架的优化设计寸见表2。 t, 。,设计变量的初始值见表1。把门型架结构的最大应力S…作为优化设计的约束函数(即状态变量),门型架结构采用Q235钢,取许用应力[ ]一176 MPa。在单独对门型架优化时选取门型架单元的约束条件为s…≤176 MPa。由于门型架结构是同种材料,密度相同,所以 ̄F,j9型架结构的体积作为优化设计的目标函数。最优设计的数学模型可表示为: min (X) X∈R”(1) S ( )≤l76 MPa 式中:x一( 1,oZ72,…, ) ——设计变量, 把表2中截面尺寸带人整船模型中进行计其中: , 。,…,z ——门型架构件的截面参数。算,横弯工况下门型架上最大应力位于左片体垂53第1期船海工程第39卷直撑杆上, MPa,相对于优化前算的应力相比,方案二的优化结果应力变化幅度横弯工况的应力( MPa)来说,应力值增加很小。从上述分析可以看出,选取SⅡm ≤ ;扭转工况下,门型架上的最大应力位 MPa作为应力约束条件进行优化计算的结果,要于右片体垂直撑杆上, MPa,相优于选取S ≤176 MPa作为应力约束条件进行对于优化前扭转工况的应力( MPa)来优化计算的结果。说, 。表4两次优化结果对比可以看出,选取许用应力t76 MPa作为约束初始模型方案一方案二条件,虽然减轻门型架结构重量效果显著,但是与优化设计前的应力相比,优化后的门型架结构上结果分析计算值荔/MP /MP应力增大较为明显, 。 a /MPa 便于比较,考虑优化不应对原设计方案的计算结果做过大的改变,选取≤ MPa(即安全系数为2)作为优化设计的约束条件再次进行优化计算,优化过程同上。优化后最终选取的综上所述,优化设计协调了门型架的结构尺门型架构件截面尺寸见表3。寸配置,在满足应力要求的条件下,达到了门型架结构重量轻型化的目的。但是,如何准确选取优表3最终选取的门型架构件截面尺寸化计算的应力约束条件,需要进行进一步的研究探讨。4 结论1)优化的结果减轻了门型架结构的重量, 。2)把选取的截面尺寸带人到整船模型计算, MPa, MPa,均满足许用应力的要求,并且与优化前的门型架计算表3给出了在约束条件S~≤ MPa 应力相差不大。下,横弯和扭转工况优化计算后最终选取的门型 3)优化后的门型架结构的总重量减小,最大架结构构件尺寸。此时门型架构件的总重量为应力在许用应力范围内, t, t,优化门型架的结构尺寸得到合理的配置。 9/6。优化结果带人 4)对比分析两次优化计算的结果,认为,如整船模型进行计算, MPa,相对于优化前横弯T况的应步研究探讨。一力( MPa)来说, ;扭参考文献转工况下, MPa, [1]李培勇,鄢慧敏,杨辉杰,( MPa)来计算分析EJ].船海工程,2009,38(1):1 3. 说, 。 E234,[M].北京:电子工业出版社,2004. 行优化计算的结果。可以看出,两次优化方案减[3],但是与初始计实例EM].北京:中国水利水电出版社,2004. (下转第57页) 54搅拌摩擦焊在船用铝合金结构中的应用——曾平材,用搅拌摩擦焊来制成1 250 mm×500 mm的在船用铝合金材料的连接中得到成功的应用。搅船舱用海水防护壁板l3]。瑞典Sapa公司利用搅拌摩擦焊技术目前尚存在局限性,搅拌头还需进拌摩擦焊技术完成了渔船深度冷却需要的中空铝行改进与创新。随着搅拌摩擦焊技术日趋完善, 合金壁板结构件的焊接,这些壁板由铝合金挤压可采用搅拌摩擦焊的结构和部位会更多,其应用型材连接而成。澳大利亚Adalaide大学与英国将更加广泛,从而进一步提高铝合金船舶制造的TwI合作开发了一种轻便的搅拌摩擦焊设备,用质量与水平。于轻型高速海洋游船的曲面壁板的焊接,船体材料为厚度5mm的5083一H321铝合金板材。搅参考文献拌摩擦焊由于其本身具有焊接变形小、制造重复 ]. 性高、稳定性好等特点成为这种刚性结构件制造机械工人,2007(2):17—21. 方法的首选。 ].轻金属, 5 结束语 1994(4):49—54. [3]栾国红,南利辉,孙成彬,——搅拌摩擦焊作为一种新型的摩擦焊接方法, 搅拌摩擦焊EJ].热加工工艺,2004(1):53—55. The Characteristic of Friction Stir Welding and Its Application in the Aluminum Alloy Structure of Ship ZENG Ping (Wuhan Institute of Shipbuilding Technology,Wuhan 430050,China) Abstract:The characteristics and principle of the friction stir welding technology were advantages of the technology applied in the aluminum alloy structure of ship were discussed author pointed out that the re search emphasis of friction stir welding in the future iS innovation of the stir needle. Key words:friction stir welding;aluminum alloy in shipbuilding;hull structure;application (上接第54页) Optimum Design for the Portal Framed Structure of a Double—hull Sand Dredge YAN Hui-min ,LI Pei-yong ,YANG Hui-jiee,WANG Min。(1 School of Transportation,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China; 2 Huzhou Harbor and Waterway Management Bureau,Hanzhou 310014,China; 3 Hongqiao Ship Building and Repair td.,ChunAn Zhejiang 311715。China) Asbtract:Based on the optimization modal in ANSYS,the structural design for the portal framed structure of a doub—le-hull sand dredge was modeling method of the portal framed structure and the boundary condition were optimizing the cross section sizes of the portal framed ponent。the weight of the portal framed structure had been decreased when it meets the requirement of strength. Key words:portal framed structure;optimization design;double-hull sand dredge 57