结构优化评价指标
船桥碰撞最大碰撞力Fmax、护舷变形大小S和船舶吸收能量E或护舷吸收能力E*是护舷结构设计优良的直接体现。显然,Fmax越小越好;S则在保证Fmax的情况下,越小越好,这样既可以保护桥梁,又可以使护舷不用一经撞击就要更换,延长护舷使用寿命;E则越小越好或E*越大越好。但几者之间有耦合,因此,本文采用权重法,综合考虑三者确定防撞护舷的结构优化设计综合评价指标OB为:
min[OB=W1×Fmax+W2×E+W3×S]
其中,W1、W2、W3为权重,本文分别取为0.7、0.2 和0.1。
设计变量的灵敏度分析
1.正交试验方案
防撞护舷的消能能力受到护舷板厚度、玻璃纤维芯柱直径以及内部消能板位置的影响,直接通过理论计算得到结构参量非常复杂,通过数值模拟会计算很多次也难以确定,影响设计效率。而通过正交试验来选取厚度参数、玻璃纤维芯柱直径参数和消能板位置参数,可以有效减少试验次数,提高设计效率。本文设定护舷板厚度和玻璃纤维芯柱直径取值相同,均以厚度参数表示。根据计算和生产实际情况,确定正交试验为2因子3水平
根据试验因子个数和试验水平个数,选择正交表拟定试验方案,具体如表3所示,OB作为正交试验的评价指标。
2.灵敏度分析
根据表3的正交试验方案进行有限元数值模拟,将结果导出计算OB值,并将3个水平的均值极差填入表3。可以看到,厚度参数极差值几乎是位置参数极差值的3倍,表明厚度参数对防撞护舷性能的灵敏性,远高于位置参数的灵敏性。
基于Isigh平台对防撞护舷的结构优化设计
通过正交试验计算分析结果可以看出,厚度参数和位置参数对防撞护舷的防撞效果有一定的影响。根据正交试验结果的望小原则,可选取较好的位置参数Φ2000mm为结构的最优参数,而对厚度参数运用ANSYS/LS-DYNA与Isight 集成优化平台相结合的方法再次进行优化。