大型拖纜機(jī)是海洋能源開(kāi)發(fā)的重要輔助工具。拖纜機(jī)一般是為了海洋平臺(tái)搭建、收放纜等工作而設(shè)計(jì)的。由于現(xiàn)階段大型拖纜機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然相對(duì)保守,在同類(lèi)型拖纜機(jī)產(chǎn)品中,國(guó)外的同型拖纜機(jī)普遍比國(guó)內(nèi)拖纜機(jī)在質(zhì)量上輕10%左右。針對(duì)零部件對(duì)不同性能的要求,本文對(duì)拖纜機(jī)的零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)并且進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為開(kāi)展甲板機(jī)械新的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法提供理論和技術(shù)支持。(1)研究了幾種在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中常用的多目標(biāo)優(yōu)化方法,分析各種多目標(biāo)優(yōu)化方法的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。選取基于折衷規(guī)劃法的多目標(biāo)優(yōu)化方法對(duì)拖纜機(jī)電機(jī)支架進(jìn)行多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。利用有限元技術(shù)對(duì)要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的拖纜機(jī)零部件進(jìn)行仿真分析。本文選擇了拖纜機(jī)電機(jī)支架和拖纜機(jī)卷筒作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的零部件,分別對(duì)拖纜機(jī)電機(jī)支架和拖纜機(jī)卷筒進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析和模態(tài)分析。對(duì)兩個(gè)零件的各項(xiàng)性能做出評(píng)價(jià),為后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考值。(2)使用基于折衷規(guī)劃法的多目標(biāo)優(yōu)化方法對(duì)電機(jī)支架進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中將質(zhì)量、固有頻率和剛度作為目標(biāo)函數(shù)。電機(jī)支架質(zhì)量是主要優(yōu)化目標(biāo),將固有頻率作為優(yōu)化目標(biāo)是因?yàn)橥侠|機(jī)電機(jī)或者馬達(dá)的安裝位置要考慮其動(dòng)態(tài)特性。在優(yōu)化過(guò)程中剛度目標(biāo)函數(shù)和固有頻率目標(biāo)函數(shù)之間的相互關(guān)系和影響是不可測(cè)和無(wú)法確定的,針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,本文使用基于協(xié)調(diào)滿意法的多目標(biāo)優(yōu)化方法對(duì)電機(jī)支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)拖纜機(jī)卷筒設(shè)計(jì)方法保守導(dǎo)致質(zhì)量過(guò)大的問(wèn)題,利用有限元技術(shù)和優(yōu)化方法對(duì)卷筒壁厚進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。(3)對(duì)優(yōu)化后的拖纜機(jī)電機(jī)支架的剛度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分別采用仿真方法和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。利用相似理論設(shè)計(jì)縮小比例的電機(jī)支架優(yōu)化前和優(yōu)化后的模型。分別采用直接測(cè)量方法和應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變間接測(cè)量方法對(duì)優(yōu)化后的電機(jī)支架進(jìn)行優(yōu)化結(jié)果的驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：P742
【部分圖文】：

協(xié)調(diào)滿意法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行電機(jī)支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在滿足使用對(duì)拖纜機(jī)卷筒進(jìn)行了減重設(shè)計(jì)。型拖纜機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀纜機(jī)由卷筒、拖纜機(jī)機(jī)架、動(dòng)力裝置、墻架、排繩器、電機(jī)支架和相應(yīng)的[1]。大型拖纜機(jī)按動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式可分為電動(dòng)、液壓等驅(qū)動(dòng)方式；按拖纜機(jī)般可分單卷筒、雙卷筒和三卷筒的布局形式；根據(jù)大型拖纜機(jī)的功能可分機(jī)和自動(dòng)型拖纜機(jī)。普通拖纜機(jī)可承受較大的載荷，相比于自動(dòng)拖纜機(jī)其并且有可以快速改變鋼絲繩長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)。自動(dòng)型拖纜機(jī)能根據(jù)鋼絲繩拉力節(jié)鋼絲繩的長(zhǎng)度改變拖船與被拖物的距離。當(dāng)鋼絲繩的拉力變小時(shí)，拖纜緊鋼絲繩；當(dāng)拉力開(kāi)始變大時(shí)，拖纜機(jī)可以自動(dòng)的放出鋼絲繩。大型拖纜船只的中點(diǎn)后方 5%-10%的范圍內(nèi)，在大型拖纜機(jī)過(guò)程中，應(yīng)該盡量保持對(duì)于船體比較低的位置，以使船只在工作時(shí)的橫傾力矩減少到最小。圖 機(jī)械公司生產(chǎn)的雙卷筒大型拖纜機(jī)實(shí)物圖。

(a) 離散結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型 (b) 連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型圖 1.2 拓?fù)鋬?yōu)化模型示意圖隨著拓?fù)鋬?yōu)化理論與技術(shù)的逐漸成熟，拓?fù)鋬?yōu)化在不同領(lǐng)域的實(shí)際工程項(xiàng)目中也了大量的應(yīng)用。在國(guó)外的一些著名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)中，如美國(guó)西北大學(xué)的 ShiKuiC Wei Chen 等[23]提出了基于魯棒性的拓?fù)鋬?yōu)化方法(RSTO)，這種方法可以在載荷和特性隨機(jī)不確定的情況下完成優(yōu)化設(shè)計(jì)。韓國(guó)國(guó)立中南大學(xué)的 Jeong Woo Changoung Shin Lee[24]對(duì)汽車(chē)上的支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化研究與實(shí)驗(yàn)。在靜動(dòng)態(tài)載荷共同作用條件下，對(duì)兩種汽車(chē)支架樣本進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化基礎(chǔ)模型的結(jié)構(gòu)分拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的新支架與傳統(tǒng)的概念模型在四種載荷工況下進(jìn)行了比較，在固有頻量和剛度等方面都得到了一定程度的改善。并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證了仿真結(jié)果的性和可靠性。圖 1.3 為經(jīng)過(guò)尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化的支架結(jié)構(gòu)。

(a) 離散結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型 (b) 連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型圖 1.2 拓?fù)鋬?yōu)化模型示意圖隨著拓?fù)鋬?yōu)化理論與技術(shù)的逐漸成熟，拓?fù)鋬?yōu)化在不同領(lǐng)域的實(shí)際工程項(xiàng)目中也得到了大量的應(yīng)用。在國(guó)外的一些著名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)中，如美國(guó)西北大學(xué)的 ShiKuiChe和 Wei Chen 等[23]提出了基于魯棒性的拓?fù)鋬?yōu)化方法(RSTO)，這種方法可以在載荷和材料特性隨機(jī)不確定的情況下完成優(yōu)化設(shè)計(jì)。韓國(guó)國(guó)立中南大學(xué)的 Jeong Woo Chang 和Young Shin Lee[24]對(duì)汽車(chē)上的支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化研究與實(shí)驗(yàn)。在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷共同作用條件下，對(duì)兩種汽車(chē)支架樣本進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化基礎(chǔ)模型的結(jié)構(gòu)分析將拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的新支架與傳統(tǒng)的概念模型在四種載荷工況下進(jìn)行了比較，在固有頻率質(zhì)量和剛度等方面都得到了一定程度的改善。并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證了仿真結(jié)果的合理性和可靠性。圖 1.3 為經(jīng)過(guò)尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化的支架結(jié)構(gòu)。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2857967