船舶運行過程中,船上各種機械設備的運轉會引起振動并向外輻射噪聲。噪聲不僅影響著航程的舒適性和船員身體健康,還會干擾自身水聲設備的正常運行。對軍用艦船而言,這種振動引起的噪聲對它的聲隱身性能是不利的�；鳛檫B接機械設備和船體的結構,它的阻抗特性直接反映了它對來自機械設備振動的阻隔能力,是評判基座設計優(yōu)劣的重要依據(jù)之一。因此,開展基座結構尺寸和拓撲優(yōu)化設計具有較大的理論意義和工程應用價值。首先,開展了長基座尺寸單目標和多目標優(yōu)化設計研究。以長基座的面板、腹板以及肘板厚度作為設計變量,不同加載點間阻抗離散度最大值最小化作為優(yōu)化目標進行尺寸優(yōu)化設計。在加載點阻抗最小值不低于原始方案且滿足強度要求的情況下,優(yōu)化方案阻抗離散度降低了15.13%,同時基座重量減少了41.93%。采用寬容排序法,以阻抗離散度最大值最小化、加載點阻抗最小值最大化為目標對長基座進行多目標尺寸優(yōu)化設計。得到的優(yōu)化方案相比原始方案阻抗離散度降低了6.81%,兩個加載點的阻抗最小值分別增大了1.87%以及減小了1.73%,同時基座重量減小了20.91%,同時強度符合要求。其次,進行了長基座腹板及肘板的拓撲優(yōu)化設計。先以長基座腹板上單元密度作為設計變量,加載點阻抗最小值不低于原始方案為約束,極小化加載點間阻抗離散度最大值為目標進行拓撲優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化結果提出基座腹板的開孔方案,得到使阻抗離散度降低2.57%,基座重量減小1.98%的優(yōu)化方案。接著將長基座腹板及肘板單元密度一同作為設計變量進行拓撲優(yōu)化,得到腹板及肘板上同時開孔的基座結構方案,使得加載點間離散度降低3.63%,重量減輕6.85%。最后,進行了典型懸臂基座結構構型拓撲優(yōu)化設計。用一個外形尺寸與懸臂基座原始方案相同的長方體代替懸臂基座,以長方體內體單元的密度作為設計變量,它的體積分數(shù)作為約束,基座阻抗最小值最大化為目標進行拓撲優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化結果密度云圖提出新的懸臂基座結構形式。通過多方案選優(yōu)及拓撲優(yōu)化確定新型懸臂基座的結構及尺寸方案,并對新型懸臂基座的強度與振動特性進行計算校核。本文研究成果為船舶基座和類似結構的阻抗優(yōu)化設計提供了有益的借鑒和參考。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U674.70
【部分圖文】：

船舶基座按照結構形式可以分為局部基座、長基座、平臺基座以及懸臂基座。其中長基座一般與耐壓殼相連，橫跨多個肋位，常用于支撐大型機械設備比如主機。針對典型長基座結構，采用 OPTISTRUCT 對其進行阻抗特性以及強度的計算，分析其特點。再利用 OPTISTRUCT 對長基座的板厚進行單目標及多目標尺寸優(yōu)化，得到阻抗最小值不小于原方案且阻抗均勻性提高、基座重量減小、強度與原結構相當?shù)姆桨浮?.1 典型長基座阻抗特性計算2.1.1 有限元模型典型長基座的阻抗特性計算模型由長基座及與之相連的耐壓圓柱殼構成，結構如圖 2.1.1 所示。耐壓殼長徑比為 1.818，肋距為 600mm，耐壓殼厚度為 30mm，其環(huán)向肋骨的尺寸為 × × ；基座面板厚度為 60mm，腹板厚度為 30mm，肘板厚度為24 mm，支撐板厚度為 20 mm。長基座的腹板上開有腰圓孔，其開孔尺寸如圖 2.1.2所示。

圖 2.1.2 典型長基座腹板開孔尺寸示意圖模型的坐標系為直角坐標系，X 為船寬方向，向右舷為正；Y 為型深方向，；Z 為船長方向，指向船艉為正。坐標原點位于耐壓殼靠近基座一側端面的耐壓殼上的環(huán)向肋骨采用 beam188 單元模擬，其余部分均采用殼單元 she，基座部分的網(wǎng)格大小為 30 mm，其余部分的網(wǎng)格大小為 100 mm。整個模型材料彈性模量為 209 GPa，泊松比為 0.3，密度為 7800 ζ 。.2 阻抗特性計算振動系統(tǒng)的機械阻抗一般為簡諧激勵與它引起的響應的復數(shù)比。假設系統(tǒng) = F ( 1)，位移響應為 x=X ( 2)，那么該系統(tǒng)的機械阻抗可以表示為 ( 1 2)。根據(jù)響應選取的運動量不同，機械阻抗可以分為位移阻抗、速加速度阻抗。而根據(jù)加載點和響應點的關系，機械阻抗又可以分為原點阻抗抗。同一點的力與響應之比為原點阻抗[51]。本文的計算都是針對原點速度

a) 分別施加在 A、B 兩點的單位力 b) 兩端位移約束圖 2.1.3 典型長基座阻抗計算約束及載荷示意圖選取步長為 1Hz，在 OPTISTRUCT 中計算 A、B 兩點在 0 到 1000Hz 頻率范圍內的阻抗。計算得到的阻抗值繪制成曲線如圖 2.1.4(a)所示，在此基礎上計算這兩點的阻抗離散度并繪制曲線如圖 2.1.4(b)所示。具體計算結果如表 2.1.1 所示。a) A、B 兩點阻抗曲線 b) A、B 兩點離散度曲線

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本文編號：2819821