浮箱式坞门结构优化设计研究

发布时间：2022-08-01 17:39

　　干船坞是当今世界修造船作业的主要场所,坞门则是船坞开启关闭的闸门,其主流型式是浮箱式坞门,传统的浮箱式坞门采用了大量的板材和型材,未能进行很好的设计布局,建造经济性不够。本文针对86m浮箱式坞门进行了结构优化设计,得到了优化后的浮箱式坞门,整体重量获得了降低,因而降低了建造成本,研究较好地实现了轻量化的设计。本文简要介绍了浮箱式坞门及其工作原理,采用了有限元技术对坞门进行了结构仿真,针对两种极端工况下得到了符合规范的结果,保证后续优化的可靠。本文先确立浮坞门的拓扑优化区域,将优化目标最小化重量等效为最小化体积,创建约束条件,利用Optistruct中变密度法得到优化后的坞门结构,在重量下降的同时保持了强度和刚度不会衰减太多,强度和刚度分别上升了17.7%和5.4%,在极限高水位这种危险工况下得到满意的优化结果。采用最小化重量为目标进行尺寸优化设计研究,尺寸优化在Hypermesh软件中的Optistruct模块进行,先取单元板厚作为优化对象,规范中板厚范围作为设计变量的上下限,添加约束条件。优化结果显示结构的力学性能明显增强,最大应力下降了33.5%。然后对梁的截面尺寸进行了优化,优化... 

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 结构优化设计方向和研究现状
    1.3 拓扑优化方法的国内外研究现状
    1.4 浮坞门国内外研究现状
    1.5 本文的主要研究内容
2 浮箱式坞门介绍及其结构仿真分析
    2.1 浮箱式坞门简介
        2.1.1 干船坞及坞门简介
        2.1.2 浮坞门概况及其舱室分舱
    2.2 有限元的基本理论及软件介绍
        2.2.1 有限元法简介及分析流程
        2.2.2 HyperMesh软件简介
    2.3 浮箱式坞门结构仿真分析
        2.3.1 模型的建立和网格的划分
        2.3.2 有限元模型边界条件的处理
        2.3.3 静水载荷和工况处理
        2.3.4 计算结果分析
    2.4 本章小结
3 浮箱式坞门结构拓扑优化
    3.1 OptiStruct介绍
    3.2 浮坞门潮汐舱立面板拓扑优化
        3.2.1 定义拓扑优化问题
        3.2.2 拓扑优化结果及分析
    3.3 本章小结
4 浮箱式坞门结构尺寸优化
    4.1 尺寸优化概述
    4.2 针对单元板厚的尺寸优化研究
    4.3 针对梁截面的尺寸优化研究
    4.4 本章小结
5 优化后浮箱式坞门的校核与分析
    5.1 强度校核
    5.2 刚度校核
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于变密度法的发动机支架性能优化[J]. 林瑞,匡兵,周峰,李德玺,史云鹏.  组合机床与自动化加工技术. 2018(11)
[2]基于变密度法的动载结构梁拓扑优化设计[J]. 李志杰,张金,朱剑,曾李文.  机床与液压. 2018(17)
[3]考虑结构稳定性的变密度拓扑优化方法[J]. 张日成,赵炯,吴青龙,熊肖磊,周奇才,焦洪宇.  工程设计学报. 2018(04)
[4]大体积钢混凝土组合箱型浮坞门的应用[J]. 王晓东,董洪静.  中国港湾建设. 2018(02)
[5]倒T式坞门结构有限元分析[J]. 刘会议,黄府.  机械研究与应用. 2015(05)
[6]大型浮箱式坞门工作状态下的横稳性分析[J]. 蒋梦嫣.  水运工程. 2013(08)
[7]干船坞浮箱式坞门结构强度的有限元分析[J]. 杨永祥,李永正,王庆丰.  舰船科学技术. 2010(01)
[8]坞门的整体刚度计算[J]. 沈国华.  水利规划与设计. 2006(05)
[9]自动下沉浮箱闸门设计探讨[J]. 南彦波.  科技情报开发与经济. 2004(09)
[10]进化计算简要综述[J]. 谢金星.  控制与决策. 1997(01)



本文编号：3667884