某型船用柴油機曲軸概要設(shè)計及優(yōu)化.pdf

1、曲軸是船用柴油機的重要零部件，其工作性能極大程度上決定了整個柴油機的工作性能。同時，也間接影響著整艘船舶的基本工作性能，可喻為船舶的“心臟”部件。所以，船用柴油機曲軸系的優(yōu)化設(shè)計成為人們重點研究和關(guān)注的目標(biāo)。在優(yōu)化設(shè)計中，曲軸系的力學(xué)性能表征著整個機器工作的性能。因而對其進行有效的分析計算倍受關(guān)注，成為船用柴油機研制階段的重要內(nèi)容。
　　本文將某船用柴油機曲軸作為研究對象，進行概要設(shè)計及優(yōu)化。
　　首先，針對概念設(shè)計階段的曲

2、軸設(shè)計參數(shù)進行常規(guī)計算，整體分析其動力學(xué)，疲勞強度，扭轉(zhuǎn)振動特性。利用Visual Basic Applicant設(shè)計編譯概要設(shè)計軟件。同時，利用Creo，ANSYS Workbench軟件對其進行建模及應(yīng)力計算結(jié)果的校驗，基于理論公式的計算結(jié)果雖較為保守但能夠滿足概要設(shè)計需求。
　　第二，先介紹了各類主流優(yōu)化算法中所具有代表性的幾種具體方法。并利用iSIGHT軟件的優(yōu)化算法平臺與概要設(shè)計軟件相結(jié)合。在概要設(shè)計階段對曲軸系的尺寸參

3、數(shù)進行優(yōu)化，依據(jù)實際生產(chǎn)制造中各類曲軸的特點，分析制定尺寸參數(shù)的變化幅度作為邊界條件，并對參數(shù)定義域離散化取值。以iSIGHT軟件的各類優(yōu)化算法為依托，實現(xiàn)曲軸概要設(shè)計的快速優(yōu)化，相對有限元的長時間反復(fù)計算節(jié)省了時間。
　　第三，基于iSIGHT優(yōu)化結(jié)果，本文利用PTC Creo建立的參數(shù)化模型。使用ANSYS Workbench有限元工具對其優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)進行分析比較。著重查看其彎曲狀態(tài)，扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)強度，疲勞壽命及安全系數(shù)

4、。并由此評價iSIGHT的優(yōu)化計算方法與曲軸概要設(shè)計的結(jié)合對結(jié)構(gòu)的實際改善效果。
　　最后，基于均勻化方法的拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)理論，利用ANSYS Workbench軟件對曲軸單位曲拐模型進行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計。編譯APDL程序剝離相對密度值低的單元格，從而獲取分析所得的拓?fù)湫螤睢２ζ溥M一步作有限元分析，查看在不同減重優(yōu)化目標(biāo)值下，所得到的拓?fù)鋬?yōu)化模型在彎曲，扭轉(zhuǎn)載荷下的應(yīng)力狀態(tài)及安全系數(shù)。由此大致預(yù)測該機型曲軸結(jié)構(gòu)在拓?fù)鋬?yōu)化下的變化趨勢，

5、并結(jié)合導(dǎo)出的實體模型，為此后進一步作曲軸概要設(shè)計創(chuàng)新提供參考。同時，另一方面，探索性地計算了在初始優(yōu)化時，結(jié)構(gòu)形狀非特定的情況中，隨著載荷的自主驅(qū)動，曲軸結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化趨勢，結(jié)果可見其變化與多類經(jīng)典曲軸結(jié)構(gòu)相近，一定程度上反映了曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計隨材料，強度發(fā)展的演化趨勢。對概要設(shè)計階段，進行曲軸結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提供了參考。
　　本文通過對船用柴油機曲軸的概要設(shè)計及過程中的優(yōu)化計算。探討了結(jié)合算法的快速概要設(shè)計計算以及利用曲軸基本結(jié)構(gòu)尺寸的拓?fù)?/p>