18米×3米单向不规则波造波机的结构优化设计

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进入新的世纪,海洋工程飞速发展,造波技术作为一项随着海洋工程的发展而兴起的实验技术,在船舶、海洋工程、港口等领域占据着不可替代的地位,而造波机是实现造波的实验装置[1]。  针对现阶段国内造波机的设计采用经验设计的现状,本文依据有限元分析软件ANSYS,分析造波机各主要受力部件的应力和变形情况,找出各部件受力的薄弱部分和富余部分,并依据分析结果,实现对造波机结构的优化,一方面保证部件的应力和变形在允许的范围内,另一方面,做到质量最小,以节省材料,同时降低造波机运动部分的惯性力,缩短造波机的响应时间。  本文首先介绍了造波机和造波技术产生的背景环境,并分别根据造波形式和驱动方式对造波机进行分类,然后介绍了有限元法的基本思想以及有限元分析软件ANSYS。对于造波架在水中运动时的受力情况,本文推导出了其受力公式,并介绍了一种依赖于Matlab和Excel强大数据处理功能的参数计算方法,该方法简单方便,且能为其他参数的计算提供参考。本文选择了造波系统中主要的受力部件,即造波架、传动螺母座和安装桁架,进行有限元分析,得出其受力的薄弱环节和富余环节,并依据分析结果对相应的部件进行结构优化,对于由标准件焊接而成的部件,即造波架和安装桁架,因为构成其的各类型钢符合国家标准和行业规范,因此,造成其尺寸的不连续,传统的优化方法在此不适用,本文对各类型钢进行分组计算,得出初步的最优解,然后对最优解进行动力学分析,验证其是否满足造波机的动力学条件,得出最终的最优解。对于传动螺母座,鉴于其本身质量不大,优化空间很小,且传动螺母座本身的敏感性,因此本文并没有对传动螺母座进行结构优化,而只是提供了优化思路,同时对传动螺母座进行了模态分析,得出了造波机工作需要避免的频率,以避免共振现象的发生。
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