船舶牵引机械的结构优化设计

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Optimization and Design of the M echanical Structures for Ship TractionHAN Long， QIAN Yi(School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)Abstract：A finite element model of the ship traction machine is established by using the PRO/E and ANSYSWorkbench too1.The main structure parameters of the ship traction machine are optimized and the sensitivity of thestructural parameters on stiffness is given.The result of optimization can decrease the weight of the machine by about24.1% .This offers an efective suppofor the miniaturization and reduction in weight of ship traction machine。

Key words：ship traction，finite element analysis，integrated modeling，optimization随着经济的发展和科学技术的突飞猛进，市场对产品提出越来越严格的要求。依靠传统经验设计的产品其结构及尺寸参数相对保守，耗材过多，成本较高，性能难以达到最佳。由经验设计 向采用CAD/CAE等现代设计方法转变是现代产品设计的发展趋势。在保证产品强度、刚度、可靠性等条件下通过优化设计使产品小型化、轻量化是现代制造产业追求的目标。

船舶牵引机械是中大型港 口常用的港 口设备，其作用在于拉动货船沿岸边平行移动，其小型化、轻量化不仅节省了材料，减少了生产成本，而且也降低了运输成本，提高了产品的竞争力。因此，牵引机械的优化有着重要的现实意义。

文中以牵引机械初步设计方案为研究对象，运用 ANSYS Workbench有限元分析工具及其优化模块，对牵引机械构件尺寸与应力、变形、质量等关系进行探讨，提出了其小型化、轻量化的最优解。

1 船舶牵引机械系统建模、网格划分船舶牵引机械的金属结构主要包括塔顶、起重臂架、平衡臂、滑轮组、绞车以及回转支承等组成。

初始设计尺寸为：起重臂架上弦杆为 6b168×12规格的无缝钢管，下弦杆为两根 180 x 180×14的方管，腹杆为 qb63×9规格的无缝钢管，拉索为 25钢缆。根据设计意图及尺寸在PRO/E里建立船舶牵引收稿日期：2012-11-06； 修订 日期：2012-12-07。

作者简介：韩 龙(1988-)，男，湖北宜昌人 ，机械设计与理论专业硕士研究生。

通信作者：钱 怡(1962-)，女，江苏无锡人 ，副教授，硕士生导师。主要从事机械及包装结构的动、静态性能等研究。Email：yiqian###jiangnan.edu.ca第4期 韩 龙等：船舶牵引机械的结构优化设计 435表 4 优化效果Tab.4 opt.mizati。n e仃ect 4 结 语首先采用 PROE和 ANSYS Workbench对船舶牵引机械进行有限元静力分析，利用 Workbench可协同建模并重用 PROE参数的特点，使导人模型也能完成 ANSYS优化设计 ，从方法上解决 了导人ANSYS的 PROE模型不能参数化的难题。最后利用 ANSYS Workbench的优化设计拈对牵引机械进行结构优化，给出影响牵引机械刚度、强度的结构参数敏感度，为设计者确定相关结构的参数尺寸提供了依据。