船舶基座动力学优化设计中的应用

2015-12-18
来源：上海交通大学
  基座作为舰船上常见结构,其作用是将设备牢固安装在舰体上。基座位于设备之下船体结构之上，既承受设备的动静载荷，又传递船体的载荷，而且对设备传递下来的振动起到隔离作用。研究表明，齿轮箱的振动影响机组的正常运行和寿命，齿轮箱的结构噪声还是形成水噪声主要来源，极大影响舰船的隐蔽性。所以，基座和船体之间连接处必须增加隔振或减振装置进行处理，降低由齿轮箱传递到船体的有害振动 [1,2] 。在基座和船体结构间采用附加的隔振装置或应用粘弹性阻尼材料减振，是常规齿轮箱基座减振设计方法。基于阻振质量（方钢）的新型动力机械基座（见图1）,主要利用基座本身大阻振质量和腹板的特别配置达到上述目的。其结构由基座面板、腹板(肋板)和一组纵横交错的方钢组成，没有附加其它隔振元件。依靠基座自身特性，对动力机械产生的振动实现多级隔离，对高频结构噪声隔离有良好效果，应用前景广阔。尽管如此，该新型动力机械基座结构设计理论还不完善，快速设计出指定频率区间和预期减振指标下基座结构的尺寸参数，目前只能依靠经验与试验手段 [3,4] 。本文在前期试验研究基础上，应用Altair公司的OptiStruct（V8.0）新近推出的频响优化功能，引入结构拓扑优化设计理论，建立了满足指定振级落差下基座结构动力学优化设计模型，为进一步改进设计提供指导。

  新型齿轮箱基座有限元模型
  本文齿轮箱基座长3000mm，宽1000mm，高600mm。沿x轴方向和y轴方向各有三根方钢（阻振质量）两两相交，组成阻振质量的环路，并沿方钢的两边缘焊接在板上。沿x轴正方向，阻振质量之间的间距分别为500mm和400mm；沿y轴正向，阻振质量之间的间距分别为400mm和350mm；船体内底板厚度为h=8mm，长*宽为3000mm*1000mm；纵横肋板厚度为h1=6mm；基座面板厚度为h2=20mm；矩形阻振质量（方钢）的界面尺寸均为100mm*100mm。 基座有限元计算模型见图 1，安装面板、内部腹板和船体内底板等采用壳单元模拟，方钢结构采用三维体单元模拟。整个基座模型材料参数为：弹性模量 E=210000Mpa ；泊松比σ=0.3 ；密度P=7.85 10/-9t/m³。壳单元的最大尺寸为25mm，体单元的尺寸为25mm。整个结构共有板单元 10149 和三维体单元 3264，有限元模型节点总数为 13939。模型在内底板两端均在 x 轴向沿边缘开始的700mm 距离处简支。


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