随着海洋资源开发和应用的兴起，在实验水槽中模拟海上动力环境已逐步成为一门实验研究技术。目前国内平板式造波机的设计均为经验设计，对于薄弱环节以及各个部分的变形情况没有相关的数据资料，造波机的优化无从谈起，既要保证造波机的刚度、强度和足够的时间响应，达到产生波浪的精度要求，又要求材料最省。根据目前的国内外现状以及存在的问题，本文现对其造波机进行优化分析，这对于造波机的设计以及提供重要数据参考具有重要意义。
      造波机是一种能够在实验水池中人为造出各种波浪，对船舶、港工、波浪发电装置等进行模拟试验的专用设备，是室内模拟海洋环境中不可缺少的装置。导轨座是原型水槽造波机中的关键部件之一，它的功能是使滑板带动造波板在其上进行往复直线运动，其与基础相连接，承受造波机电控系统运行引起的各种载荷。它需有足够的刚度和强度，以保证造波系统在各种载荷下能正常运行；同时也需减轻重量，降低成本。
      本文采用有限元分析模拟的方法对造波机中的导轨座进行静力学分析，得到变形、应力分布云图；对其进行固有频率分析，得出导轨座的各阶固有频率，确定需要避免共振的主要固有频率。并以减轻重量为设计目标对其进行结构优化，为造波机参数设计提供理论依据。
      造波机的机械装置主要包括：造波板、导轨座、滑架、横梁、齿轮齿条以及异步伺服电机等。造波机械装置采用推板式造波机，由4台大型异步伺服电机通过传动机构齿轮齿条驱动造波推板在直线导轨上进行往复直线运动。其波浪的产生是靠造波板在水中的往复运动来实现的，波高取决于造波板的行程和速度，波长则取决于其往复运动的频率。
      原型水槽造波机总体尺寸为：长38175mm、宽8800mm、高14200mm，有效行程±5m，最大载荷107t，最大波高3.5m，最大连续工作直线速度2.25m/s，采用正旋波来简化分析，波周期T=0.5s~5s。造波机整体机构图示意图。
      导轨座总体尺寸为：长19080mm，宽520mm，高620mm。整个导轨座采用带孔钢板和20组加强筋焊接而成，在ANSYS中，可认为是刚性连接。
      由于此导轨座模型较为复杂，因此采用三维绘图软件solidworks对其进行几何模型的绘制。建立几何模型后，给其模型赋予材料属性，设置单元尺寸，进行网格划分，得出有限元模型。由于此导轨座模型较长且可分为20个完全对称的小节，每个小节受力完全相同，故鉴于此模型特点，特选取其中两小节做有限元仿真模拟。
      由于导轨座在实际工作工程中要承受拉力，压力以及弯矩，因此选择SOLID185实体单元。
      异步伺服电机通过联轴器驱动齿轮齿条运动，齿条带动滑板在导轨座上做往复直线运动，从而可使造波板在水中做水平方向移动，产生波浪。导轨座在竖直方向所受力为：其上部所有零件的重力、两对齿轮的径向力；在水平方向所受力为：两对齿轮切向力、水给予造波板的阻力传递到此处的压力。其中，水给予造波板的阻力通过滑架、铰轴传递给导轨座，且水的冲击力是随水速变化的。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！