船舶与海洋平台甲板结构有频率约束的动力优化研究

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船舶在营运过程中总会受到主机、螺旋桨、波浪等外界激励的作用;海洋平台在使用期间,也要受到动力设备和复杂的环境荷载的作用。这些外界激励的作用将引起船舶、海洋平台发生不同程度的振动甚至有害振动,过大的振动可导致结构产生疲劳破坏,影响人员的工作效率甚至身体健康,还会影响设备和仪表的正常使用。因此,在船舶与海洋平台的设计阶段,必须较准确地预报结构振动的固有特性,从而避免发生共振。 为了避免发生有害振动,需要判断结构振动固有频率是否满足频率储备的要求,如果满足频率储备要求,则认为设计是可行的,否则需要对结构进行动力修改。以往对结构的动力修改多是凭经验,采用试凑的方法进行的,这种方法费时费力,还不一定能找到最佳方案。本文基于灵敏度分析探讨了板梁组合结构的动力优化问题。 本文主要研究工作如下: 本文建立了板梁组合结构的有限元模型,其中板采用Mindlin板单元,梁采用考虑偏心影响的空间梁单元。利用作者编制的程序计算板梁组合结构的固有特性,计算结果与ANSYS程序的计算结果一致。 利用作者编制的程序对板梁组合结构振动特性进行灵敏度分析。应用差分灵敏度分析的方法对结构物理参数进行分析,本文仅对板单元的厚度t_p和梁单元的惯性矩I_y进行灵敏度分析,得到灵敏度较高的单元,在此基础上进行结构动力优化。 本文建立板梁组合结构动力优化的模型,对该模型进行尺寸优化和拓扑优化,通过修改灵敏度值较大的单元,可以用较少的时间,得到满足频率禁区要求的优化方案。
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