针对塔架软刚臂单点系泊系统所采用的系泊头圆筒进行理论与Abaqus有限元分析。理论推导出系泊头圆筒的最佳弹塑性界面半径和最佳自增强压力,考虑温度载荷并分为平面应变模型和轴对称模型两种情形对系泊头圆筒受力后的弹塑性应力分布进行有限元数值分析。系泊头圆筒的工作环境温度为(-40~80)℃,圆筒的应力分布与工作环境温度、外部载荷及径比系数等参数有关。在对温度载荷仿真模拟分析中采用重启分析技术以节省计算时间。结果表明系泊头圆筒应力分布与工作环境温度、外部载荷及滑动轴承厚度等参数存在非线性关系。系泊头圆筒受内压的两主应力分量沿半径方向随着半径的增大周向应力先增大后减小,而径向应力的大小却逐渐减小。

根据软刚臂单点系泊系统结构几何参数和运动位移特征建立软刚臂结构数学计算模型,推导出水平系泊力与软刚臂结构尺寸之间的关系。基于响应曲面分析对软刚臂结构进行参数优化,经过优化,软刚臂结构整体重量减小21.84%,系统刚度保持良好;同时,软刚臂结构优化后最大靠近与最大远离位移时提供的水平回复力分别提高4.1%和9.66%。优化过程表明在多目标参数优化设计中,合理选取目标参数并结合正交试验设计,以响应曲面分析为基础,可以减小优化设计计算量。