新型潜孔式弧形水工钢闸门拓扑优化设计方法

摘要

本发明公开了一种基于拓扑优化的新型潜孔式弧形水工钢闸门设计方法，包括步骤：支臂的设计方案，确定主支臂中心距离挡水面板纵对称面的位置；拓扑优化得到支撑框架中纵向肋的布局；确定新设计域，拓扑优化得到支撑框架中横向肋的布局；构造潜孔式钢闸门的整体结构并做尺寸优化；其他工况下的结构安全校核。本发明在满足受力要求，减轻结构自重的前提下能够寻得结构布置的最优拓扑。可以在满足实际工程条件的情况下对结构进行大体积的二维三维设计，空间布局合理，设计出来的新型闸门较传统设计具有材料用量少，自重轻的优越性。

主权项

一种新型潜孔式直支臂弧形水工钢闸门的拓扑优化设计方法，其特征在于，包括步骤：从实际工程设计获得输入条件；根据设计输入条件确定主支臂中心距离挡水面板纵对称面的位置；通过建模软件创建主支臂处的二维设计的几何模型（扇形），扇形面的弧形半径即为工作弧门半径；将模型进行前处理，建立有限元模型；确定扇形区域内设计域及非设计域的范围；非设计域的厚度由挡水面板的厚度和加强肋的厚度组成，根据公式估算而得；施加荷载，将三维荷载凝缩到二维边界；确定优化目标及约束条件进行优化；得到二维拓扑优化结果并进行修正，提取边界；将挡水面板设定为非设计域，确定优化目标及约束条件进行拓扑优化，得到纵向肋的布局方案；确定横向肋拓扑优化的初始设计域，为了降低计算量，将支臂所在非设计区域去掉，交界处代之以固定位移约束；将挡水面板设定为非设计域，确定优化目标及约束条件进行拓扑优化，得到横向肋的布局方案；根据分布拓扑优化结果的部分布局方案建立结构初始设计模型；对整体三维结构进行尺寸优化；其他工况下的结构安全性校核，并按需要进行局部调整；完成最终设计输出。