[发明专利]一种锚绞机基座结构优化方法

说明书

本发明涉及一种锚绞机基座结构优化方法，其特征在于：具体优化方法如下：S1：锚机基座模型建立；S2：有限元分析；S3：拓扑优化及分析结构对比；S4：创建优化模型；S5：对比分析；本发明在原基座模型力学分析的基础上，运用软件对基座进行拓扑优化，并通过设置不同的优化参数，对原基座模型设计空间材料重新布置，从而获得全新的优化结构，并将优化后基座模型与原模型进行力学性能对比分析；通过优化前后基座结构的对比分析可以得出，优化后基座的整体重量减轻了5.78％，最大总位移量减小了0.174mm，同时使基座的强度、动态特性以及抗振性能得到了提高，增强了基座的力学性能，满足基座设计的经济性与安全性。

技术领域

本发明涉及锚绞机基座设计领域，尤其涉及一种锚绞机基座结构优化方法。

背景技术

“绿色船舶”是当下船舶工业的发展方向，而锚绞机作为船舶锚泊系统的重要配套设备，是船舶必不可少的甲板机械，在技术上也向着经济、节能、绿色环保方向发展。锚机基座是连接船体结构和锚机本体的纽带，是锚机的重要承载部件，其结构设计的可靠性对于保障锚机和船舶的安全运行显得极为关键。传统设计锚机基座主要依靠经验公式来设计，缺乏精确的强度计算，靠采用较高的安全系数来保证其安全性能，使得基座体积过于庞大，结构过于笨重，机械传动的效率不高，造成材料和能源的浪费。因此，对锚机机型轻量化技术研究，优化其结构，提高传动效率，将是锚绞机和其他船舶设备未来发展的必然趋势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锚绞机基座结构优化方法，能够解决传统设计锚机基座主要依靠经验公式来设计，缺乏精确的强度计算，靠采用较高的安全系数来保证其安全性能，使得基座体积过于庞大，结构过于笨重，机械传动的效率不高，造成材料和能源的浪费的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种锚绞机基座结构优化方法，其创新点在于：具体优化方法如下：

S1：锚机基座模型建立：采用三维软件进行锚机基座的三维建模，去掉螺栓孔及倒角，简化基座模型；

S2：有限元分析：通过软件对锚机基座模型进行静力学分析和模态分析，得到基座的等效应力云图和变形云图，确定其强度和刚度；

S3：拓扑优化及分析结构对比：将锚机基座模型导入软件中对其进行拓扑优化，通过不断改变质量目标占全部设计空间体积的百分比以及减小频率约束、厚度约束的参数，进行若干次迭代计算，得到拓扑优化最佳效果结果；

S4：创建优化模型：优化后锚绞机基座实体模型去除链轮轴承座下端和左右上方部分设计空间材料以及锚绞机基座中间连接梁和加强筋的部分设计空间材料；

S5：对比分析：将优化后的锚绞机基座模型再次进行静力学分析和模态分析，分析对比优化前后锚绞机基座模型各性能参数，验证其优化结构的合理性。

进一步的，所述S3拓扑优化及分析结构对比：

结构有限元分析：初始化设计域的网格划分，对结构进行有限元分析；

计算目标函数及约束方程值：初始化几何边界的高维函数表达，以高维函数的零等势面来描述结构的边界几何表达，通过将初始设定的结构几何边界用高维的信息描述，将优化问题转化成为目标函数J(u，φ)；其中为几何边界的高维函数表达，u是定义于结构几何区域Ω上的一个场函数；

形状敏度分析：所述形状敏度为目标函数对于结构几何边界高维表达函数的时间变量t的导数，其表达为

约束条件的罚函数更新：以数学规划中的乘子更新罚函数拉格朗日乘子；

边界演化：以前述形状敏度分析所获得的边界法向速度场V_n来驱动高维边界函数，高维边界表达函数更新后的低维结构边界将随之更新并不断逼近最优结构。

本发明的优点在于：