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专利号: 2018106784434
申请人: 山东大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法,其特征是,包括:建立原始模型:在给定的可变化范围内布置物体,将给定形状的物体置于初始优化空间上方,设备置于内部,计算物体的重心并使重心位于物体中央;

设定优化目标进行拓扑优化:根据浮力重力的平衡方程组,给出优化约束,设定优化目标为最小化漂浮结构的体积,通过优化迭代循环,不断修改指定优化区域单元的材料属性,有效的从初始模型中移走单元;

结合实际情况分析结构的稳定性与状态恢复能力,根据当前状态的稳性曲线,对漂浮结构进一步优化,从而最大化不同偏移角度下的恢复能力,得到最终的漂浮支撑系统。

2.如权利要求1所述的一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法,其特征是,所述漂浮支撑系统通过3D打印设备进行打印得到打印件。

3.如权利要求1所述的一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法,其特征是,计算物体重心的过程,包括:在平板秤上安装测力计;

在物体平面情况测量相应的读数,再抬高某个方向一定的角度,继续测量此时相应读数;

这些读数互不相同,根据受力、力矩平衡方程即可算出三维中物体的重心坐标。

4.如权利要求3所述的一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法,其特征是,当物体的漂浮支撑组件为空心圆盘时,整个系统的重心位于空心圆盘中心轴所在的直线上。

5.如权利要求1所述的一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法,其特征是,所述拓扑优化的过程,包括:体素化整个模型;

建立约束和优化目标;

给出受力平衡方程组: FG是重力,FB是浮力,CG、CB分别是各自的力矩;

对于漂浮物来说,约束条件为:稳心高度-重心>给定高度差。稳心是漂浮物正浮时浮力作用线和微倾后浮力作用线的交点;

建立优化目标:最小化整个模型的体积;

输出结果。

6.如权利要求1所述的一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法,其特征是,分析结构的稳定性与状态恢复能力的过程,包括:获取给定海域的风浪状态;

将风浪参数化为可计算的量;

计算物体在偏移各个角度时的静稳性曲线、动稳性曲线;

分析稳性曲线中回复力矩不足的偏转位置,针对该位置,调整外部结构使其恢复能力更强;

保证漂浮性质不被破坏。

7.如权利要求6所述的一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法,其特征是,计算物体在偏移各个角度时的静稳性曲线、动稳性曲线时:在计算静稳性中,倾斜时不考虑角加速度和惯性矩,静稳性力矩的计算公式为MR=Δ·GZ,其中GZ为静稳性力臂,MR为静稳性力矩。GZ可根据公式GZ=KN-KGsinθ求出,KN为形状稳性臂,KG为重心稳性臂。

8.如权利要求6所述的一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法,其特征是,在计算动稳性中,漂浮物动稳性的大小取决于其动稳性力矩WR的大小,动稳性力矩WR在数值上等于静稳性力矩MR曲面下的面积;

动稳性力臂ld在数值上等于静稳性力臂GZ曲线下的面积。

9.如权利要求6所述的一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法,其特征是,分析稳性曲线中回复力矩不足的偏转位置,针对该位置,调整外部结构使其恢复能力更强,具体为:给定一个数值作为阈值,当回复力矩减小到阈值之下时,说明稳性降低;

可通过垂向移动载荷的方法来调整稳性;

由于条件限制导致载荷不能继续移动的情况下,改变物体入水面附近的结构形状,以调整稳性。

10.一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取系统,其特征是,包括3D打印系统,所述

3D打印系统依据权利要求1-9任一所述的一种任意形状物体的漂浮支撑组件的获取方法获取漂浮支撑组件并进行打印。