基于拓扑优化的船舶机舱发电机抗振加固设计方法

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近一时期,伴随着全球经济的飞速增长,船舶运输行业得到了快速的发展进步。船舶航运企业为提高船舶营运能力,不断的提升了主机及发电机的转速与功率,以提高船舶的载重量,但是随着船舶载重量的不断增加,因此造成的船身振动现象也日益凸显。在船舶建造方面,伴随着我国船舶建造及设计技术的快速发展,在保证结构刚度需要的同时,船舶的载重量在不断增加,船舶的自重也在不断的减轻,这就导致船舶在航行的过程中更容易激起比较大的船体振动。IMO(国际海事组织)的MSC(海上安全委员会)在其第九十次大会上审议并批准了关于《船上噪声等级规则》的修订稿,该《规则》修订了在各个区域中适用范围内的船舶和船型的测量噪声方法及仪器、甲板与舱壁的隔声指数以及噪声限值等,进而针对船舶严格限定了其降噪性能。而船舶振动的主要原因是由于其机舱内发电机振动引起的,这也是导致大型船舶振动噪音的一个主要因素,所以在船舶振动方面人们开始逐步重视机舱发电机的振动问题,提升船舶机舱发电机的抗振动性能是有效降低船舶振动的途径之一。船东对船舶机舱发电机的抗振动性能的要求也越来越高和严格,并以此作为来提高船舶居住舒适性的一个重要指标。所以在前期设计船舶过程中,首先必须考虑的问题是如何提高船舶机舱发电机的抗振性能。本文采用了拓扑优化法作为一种结构优化方法,采取该方法优化发电机结构,进而使其得以加强,以加强船舶机舱发电机的抗振动特性,改善发电机加强结构的基本特性,提高机舱发电机的抗振加固性能。首先,构建动力学优化数学模型,并通过有限元分析法实验模拟结构频率响应等相关问题。其次,基于振动的结构能和负载所做的动态功的能量平衡守则,来建立拓扑优化法的目标函数。然后利用有限元分析及通过加入边界条件约束来优化结构,以提高其减振性能和减轻结构重量。最后,将优化后的结果与原始的结果进行综合比较,以此来验证该方法的有效性以及该方法的实用性,并利用测试机舱几处位置的振动频率的方法,来验证结果的可靠性。
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