[发明专利]一种基于拓扑优化的类“龟甲型”拼装舱门结构

权利要求书

1.一种基于拓扑优化的类“龟甲型”拼装舱门结构，包括：结构相同且呈对称分布的左半舱门和右半舱门，所述左半舱门和所述右半舱门之间通过连接件连接，其特征在于，所述左半舱门呈半圆饼状结构，水平方向上，所述左半舱门的一侧为直边侧，另一侧为半圆侧，所述左半舱门表面靠近直边侧设有拼接大梁；所述左半舱门表面设有舱门门筋；所述舱门门筋包括：大环筋、小环筋、中心放射筋和高度渐变纵筋，所述大环筋和所述小环筋是以拼接大梁为起点的椭圆形环筋，所述小环筋连接于所述大环筋的内部，所述中心放射筋为2条，所述中心放射筋以舱门圆心的两侧为起点成一定角度向两边布筋，所述高度渐变纵筋分布在所述大环筋外侧；所述高度渐变纵筋包括：高度渐变纵筋Ⅰ、高度渐变纵筋Ⅱ和高度渐变纵筋Ⅲ，所述高度渐变纵筋Ⅰ过远离自身的所述中心放射筋和所述拼接大梁的交点，所述高度渐变纵筋Ⅱ设置于两个所述中心放射筋的中间，所述高度渐变纵筋Ⅲ与所述高度渐变纵筋Ⅰ对称。

2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的类“龟甲型”拼装舱门结构，其特征在于，所述中心放射筋与所述拼接大梁之间呈70°。

3.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的类“龟甲型”拼装舱门结构，其特征在于，所述小环筋弧顶最高点经过所述大环筋的长焦点。

4.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的类“龟甲型”拼装舱门结构，其特征在于，所述左半舱门圆弧侧设有外缘凸台，所述拼接大梁高于所述外缘凸台，所述大环筋和所述大环筋内侧的门筋与所述拼接大梁等高，所述大环筋外的门筋由所述大环筋处开始设有斜坡，所述斜坡的角度为1°～5°。

5.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的类“龟甲型”拼装舱门结构，其特征在于，所述拼接大梁与所述外缘凸台之间设有一组倒角，所述一组倒角包括倒角Ⅰ、倒角Ⅱ和倒角Ⅲ，所述大环筋、所述小环筋、所述中心放射筋和所述高度渐变纵筋之间的相交处均设置倒圆角。

6.一种权利要求1-5中任意一项权利要求所述的一种基于拓扑优化的类“龟甲型”拼装舱门结构的设计方法，其特征在于该设计方法包括以下步骤：

(1)根据拼接舱门设计要求，选取初始设计的结构参数和可设计区域，所述初始设计是指选取没有门筋的舱门结构作为基础，所述可设计区域为除舱门承压面、中轴面舱门拼接部位以及舱门的外环面的区域；

(2)对初始设计进行有限元网格划分和材料分析，得到舱门结构内部在大气压强工况下的载荷情况和边界条件，设计变量为设计域中每个单元的相对密度，约束条件为材料用量体分比小于等于0.1，以最小化结构柔顺性为优化目标；

(3)根据制造工艺的要求引入制造性约束，即拔模约束，对步骤(2)中所述的优化目标及所述舱门结构在大气压强工况下进行拓扑优化，得出加筋结构的初始拓扑优化构型；

(4)略去所述初始拓扑优化构型中不必要的结构细小特征，所述细小特征为没有完整传力路径的肋板，根据工艺性要求、强度位移要求，并依照拓扑优化结果，选择合理的传力路径，得到拓扑优化构型；

(5)根据拼接舱门设计要求，对所述拓扑优化构型的密封性、强度、螺钉反力进行校核，根据校核结果，对加筋结构进行调整，获得具有良好结构性能的拼接舱门。