船用燃油分離器支架拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計

周慶，彭景輝，王曉磊

（上海齊耀動力技術(shù)有限公司，上海 201203）

水下船受自身結(jié)構(gòu)空間的限制，對船上設(shè)備重量及外形尺寸的要求都非常高，通常船用支架等的結(jié)構(gòu)設(shè)計是通過經(jīng)驗、工藝和安全余量來進(jìn)行，未注意設(shè)備及支架本身結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計，進(jìn)而導(dǎo)致多個設(shè)備及支架的累積起來的冗余重量影響著整個水下船設(shè)備模塊的重量，不利于整體水下船的性能和競爭力。

隨著我國整體的制造能力和設(shè)計能力的提升，越來越多的精細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計可以被加工出來并付諸應(yīng)用，同時水下船設(shè)備及支架的設(shè)計水平也亟需提升，與時俱進(jìn)，尤其在前期的設(shè)計開發(fā)階段，精細(xì)化設(shè)計直接影響到最終產(chǎn)品的性能。

本文通過正向設(shè)計，在下船用燃油分離器支架的前期設(shè)計階段，利用拓?fù)浼夹g(shù)，以整體支架重量為優(yōu)化目標(biāo)，保證結(jié)構(gòu)的整體剛性和強(qiáng)度的前提下，大幅度降低支架的重量。通過支架的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計給出類似產(chǎn)品的正向開發(fā)的基本思路，使類似船用產(chǎn)品在設(shè)計初期就把握住結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的大方向，提高產(chǎn)品的整體性能。文獻(xiàn)提出了優(yōu)化設(shè)計理念，值得后續(xù)探究。

1 燃油分離器支架建模

采用Creo2.0軟件對燃油分離器支架進(jìn)行建模，燃油分離器的底部與基座通過螺栓固定，燃油分離器的重量約5kg，側(cè)掛式安裝，通過螺栓固定在燃油分離器的支架上。船用燃油分離器支架三維模型如圖1所示。

船用燃油分離器支架在優(yōu)化前的外形尺寸為：長×寬×高= 81mm×38.5mm×98mm；優(yōu)化前重量為：0.252kg。

2 網(wǎng)格劃分

通過Mesh軟件，完成對船用燃油分離器支架三維模型所進(jìn)行的網(wǎng)格劃分，由于考慮到拓?fù)鋬?yōu)化能夠更精確，將最小網(wǎng)格寬度設(shè)為5mm，網(wǎng)格模型見圖2。

圖1 船用燃油分離器支架三維模型

圖2 支架網(wǎng)格模型

3 邊界條件設(shè)定

通過船用燃油分離器支架三維模型可以看出，支架底部和固定螺栓孔與基座固定，受固定約束，分離器固定通孔受船用燃油分離器重量的影響，上下兩個固定孔共受向下方向的力約50N。2個分離器固定通孔之間的大孔用來匹配燃油分離器，是工藝孔，該孔結(jié)構(gòu)在優(yōu)化時不能改動。

將上述邊界條件分析作為拓?fù)鋬?yōu)化的輸入條件，將優(yōu)化目標(biāo)確定為減重50%。

4 拓?fù)鋬?yōu)化計算

圖3是數(shù)值仿真軟件拓?fù)鋬?yōu)化的計算結(jié)果，紅色區(qū)域為材料去除部分，中間藍(lán)色部分是指保留部分，利用拓?fù)鋬?yōu)化軟件直接計算得到船用燃油分離器減重模型，并通過croe軟件完成去除材料后模型建模，如圖4所示。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化后重量由0.252kg減至0.135kg，減重0.117kg，減幅46.4%。

外形尺寸由×寬×高=81mm×38.5mm×98mm，減重長×寬×高= 65mm×38.5mm×98mm。

5 結(jié)語

本文對水下船用燃油分離器支架進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，根據(jù)實際的使用情況作為邊界條件，以減重50%為目標(biāo)，在強(qiáng)度等性能不降低的前提下進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，最終重量由0.252kg減至0.135kg，取得了預(yù)計的結(jié)果。

圖3 拓?fù)鋬?yōu)化后模型

圖4 拓?fù)鋬?yōu)化后模型建模

提出在產(chǎn)品開發(fā)初期進(jìn)行產(chǎn)品精細(xì)化設(shè)計，避免結(jié)構(gòu)尺寸上冗余，為水下船上相關(guān)設(shè)備及支架等設(shè)計提供基本的設(shè)計思路。

后續(xù)將會有文章對本文拓?fù)鋬?yōu)化前后的結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度校核，因此本文只進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，不進(jìn)行強(qiáng)度校核比較。