某型船用柴油機(jī)曲軸概要設(shè)計(jì)及優(yōu)化.pdf

1、曲軸是船用柴油機(jī)的重要零部件，其工作性能極大程度上決定了整個(gè)柴油機(jī)的工作性能。同時(shí)，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(jī)曲軸系的優(yōu)化設(shè)計(jì)成為人們重點(diǎn)研究和關(guān)注的目標(biāo)。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，曲軸系的力學(xué)性能表征著整個(gè)機(jī)器工作的性能。因而對其進(jìn)行有效的分析計(jì)算倍受關(guān)注，成為船用柴油機(jī)研制階段的重要內(nèi)容。
　　本文將某船用柴油機(jī)曲軸作為研究對象，進(jìn)行概要設(shè)計(jì)及優(yōu)化。
　　首先，針對概念設(shè)計(jì)階段的曲

2、軸設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行常規(guī)計(jì)算，整體分析其動(dòng)力學(xué)，疲勞強(qiáng)度，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性。利用Visual Basic Applicant設(shè)計(jì)編譯概要設(shè)計(jì)軟件。同時(shí)，利用Creo，ANSYS Workbench軟件對其進(jìn)行建模及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的校驗(yàn)，基于理論公式的計(jì)算結(jié)果雖較為保守但能夠滿足概要設(shè)計(jì)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(jì)軟件相結(jié)合。在概要設(shè)計(jì)階段對曲軸系的尺寸參

3、數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)制造中各類曲軸的特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)曲軸概要設(shè)計(jì)的快速優(yōu)化，相對有限元的長時(shí)間反復(fù)計(jì)算節(jié)省了時(shí)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(jìn)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(qiáng)度，疲勞壽命及安全系數(shù)

4、。并由此評價(jià)iSIGHT的優(yōu)化計(jì)算方法與曲軸概要設(shè)計(jì)的結(jié)合對結(jié)構(gòu)的實(shí)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(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。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?。并對其進(jìn)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(jī)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(shí)體模型，為此后進(jìn)一步作曲軸概要設(shè)計(jì)創(chuàng)新提供參考。同時(shí)，另一方面，探索性地計(jì)算了在初始優(yōu)化時(shí)，結(jié)構(gòu)形狀非特定的情況中，隨著載荷的自主驅(qū)動(dòng)，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(jì)隨材料，強(qiáng)度發(fā)展的演化趨勢。對概要設(shè)計(jì)階段，進(jìn)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(jī)曲軸的概要設(shè)計(jì)及過程中的優(yōu)化計(jì)算。探討了結(jié)合算法的快速概要設(shè)計(jì)計(jì)算以及利用曲軸基本結(jié)構(gòu)尺寸的拓?fù)?/p>