基于拓扑优化与正交试验的锚机机架轻量化研究

针对锚机大容量、小体积、长寿命的需求现状,将拓扑优化和正交试验法相结合对机架进行轻量化研究。根据静力学分析结果,建立以锚机机架结构柔度最小为优化目标的拓扑优化模型,对机架进行拓扑优化设计并对模型进行重构,接着对机架进行尺寸优化设计,通过ANSYS模拟正交试验,利用最小二乘法建立回归方程,进而得到机架优化的数学模型进行轻量化计算。对优化设计后的机架进行静力学分析,将分析结果与优化前的分析结果进行对比。结果表明:在满足机架强度和刚度要求的前提下,机架重量减小了15.27%,为锚机轻量化研究提供参考。

基于有限元的绞缆机卷筒结构优化及稳定性分析

针对绞缆机卷筒理论承载能力远大于实际所承受负载造成自重过大的问题,文章通过Ansys Workbench对卷筒进行静力学分析,得出支持负载下卷筒最大应力远小于许用应力值,在此基础上对卷筒进行结构优化和强度校核,同时对比传统的稳定性计算方法和有限元计算方法。结果表明,结构优化后轻量化效果明显,卷筒临界载荷为1175.2 MPa,卷筒稳定性满足要求。

基于CFD技术的舵叶翼型选用分析

舵叶选型通过经验公式和母型船数据确定,方法具有一定局限性。为优化舵叶选型流程,以Exploration号邮轮为例,通过CFD软件基于RANS方程和SST k-ω模型对NACA翼型和高效翼型为研究对象进行数值仿真,得到不同攻角下的升力系数和阻力系数,对不同剖面类型和厚度比的翼型,结合速度矢量图和压力云图分析水动力性能,并与理论计算数据和实船数据进行比较。结果表明,不同翼型厚度在全舵角范围内表征出不同的升阻比特性,增加翼型厚度有利于拓宽升阻比范围。高效翼型虽然舵效平均提高40%,但是不能忽略阻力对其快速性的影响,尾部涡流导致表面压力升高对其强度也产生负面影响。研究结果有利于了解不同剖面翼型舵叶的水动力性能,为舵叶翼型选型设计提供参考依据。