散货船顶边舱横隔板的拓扑优化设计

针对散货船顶边舱横隔板的设计主要靠母型船和工程师经验进行,以横隔板重量最轻为目标,参照原始设计的应力结果进行基于应力约束的拓扑优化。基于原始设计方案,去除顶边舱横隔板上的开孔面板、防倾肘板和屈曲筋,对结构进行细化后获得响应工况的应力作为拓扑优化的应力约束。分别对单个横隔板进行拓扑优化和对货舱内所有横隔板进行拓扑优化。基于拓扑优化结果,设计新的横隔板开孔方式并进行详细设计,并基于三舱段有限元计算对优化设计进行粗网格和细化分析校核。优化后的构型相对原始设计能获得更轻便的重量和更小的应力结果。本文的研究可以为散货船的拓扑优化、顶边舱横隔板的设计提供参考。     

基于响应面法的强力甲板结构优化设计

对于大型散货船,强力甲板是船体承受总纵弯矩及局部载荷的主要构件。特别是在压载工况下,强力甲板易出现结构问题,因此合理的强力甲板设计对船舶结构安全性和经济性十分重要。提出了基于响应面法的船体结构优化方法,并对一艘76 000 DWT散货船货舱段的强力甲板结构进行优化设计以验证该方法的有效性。在不同板厚尺寸、相同工况下进行甲板参数的灵敏度分析,选取适合的参数作为自变量。在计算出最大相当应力的基础上,应用响应面法的均匀设计试验方法,得出该舱段强力甲板最大应力与结构尺寸的函数表达式。以结构重量最轻为目标函数,在结构强度以及规范要求的最小厚度的约束条件下,对该舱段的强力甲板结构厚度进行优化。所得的优化结果说明该优化设计方法在实际工程中具有应用价值。     

多工况拓扑优化算法在大型运输船高双层底实肋板结构设计中的应用

为解决现有船舶结构初步设计过程中精细化程度不足的问题,开展基于多工况拓扑优化算法的归一化数学模型研究及其典型应用探索。本文将多工况拓扑优化算法引入到船舶结构初步设计中,提出了基于k方法的权因子确定方法,引入全局化应力约束条件,建立考虑应力约束函数的多目标拓扑优化数学模型,并对某高双层底实肋板结构进行多工况静力学拓扑优化研究。结果表明,最终构型能够满足应力应变等基本约束条件且具备较好的工艺性。相关研究成果为运用拓扑优化方法进行船舶结构初步设计提供一条切实可行的途径,具有一定的理论与工程应用价值。     

基于响应面法的船底纵桁结构优化设计

提出基于响应面法的船体结构优化方法,对一艘76 000 DWT散货船货舱段的双层底纵桁进行优化设计以验证该方法的实用性。在不同板厚尺寸、相同载荷作用下进行纵桁参数的敏度分析,选取适合的参数作为自变量。在计算出最大相当应力、最大剪切应力的基础上,应用响应面法的正交组合设计试验方法,得出该舱段船底纵桁最大应力与结构尺寸的函数表达式。以结构重量最轻为目标函数,在结构强度、规范要求最小厚度的约束条件下,对该舱段的船底纵桁结构厚度进行优化。     

基于MSC/NASTRAN的小水线面双体船结构优化设计研究

该文对NASTRAN的最新结构优化方法和结构优化流程作了介绍,阐述了NASTRAN一般结构优化的数学模型和拓扑优化的物理模型。以小水线面双体船的舱段模型为研究对象,首先以提高舱段结构的整体刚度为目标进行拓扑优化、形状优化和尺寸优化,进而结合工程适用性提出贴近优化结果的可行优化设计,最后通过有限元直接计算比较验证了优化方案相对常规设计的结构响应的改善。     

舰船船体结构的优化设计研究

舰船结构的优化设计,可以减轻舰船结构的重量,并能合理分布材料。而舰船中间舱段的结构尺度几乎决定了主船体中部近一半舰长区域的船体结构尺度,也影响着其余首尾的船体结构尺度,故舰船结构的优化首先从其入,优化设计计算模型以船体结构重量轻为目标函数,以《规范》等要求为约束条件,以船体主要构件的尺寸为变量,采取分步优化的策略,序列线性规划的方法进行。用Ｃ＾＋＋语言开发了舰船中间舱段优化设计计算程序系统。实例计     

基于响应面法的SPS舱口盖结构多目标优化

本文以轻量化为前提,设计传统钢制板架舱口盖的钢聚氨酯夹层板(Steel-Polyurethane Sandwich plate,SPS)替代方案.对不符合结构刚度、强度要求的初步方案,采用基于BBD(Box-Behnken Design)设计的响应面法进行结构多目标优化设计,以结构变形和等效应力作为优化目标,结构尺寸及质量为约束条件,建立响应面模型,得到优化后的SPS舱口盖设计方案;并采用有限元仿真方法,对优化前后的方案进行了仿真计算,对优化目标进行了详细对比,验证了优化的有效性和必要性.对比结果表明:优化后的SPS舱口盖结构,在减重9.28％的情况下,变形减少了36.7％,应力降低了30.5％;说明采用响应面法对SPS舱口盖实现多目标优化可行,且优化效果明显.     

舰船船体结构的优化设计研究

本文阐述了舰船船体结构优化设计计算方法，介绍了舰船中间舱段结构的优化计算模型及优化原理，和C^＋＋语言开发了舰船中间舱段优化设计计算程序系统。实例计算表明，优化了结构，减轻了重量。     

基于改进遗传算法的双向渐进结构优化方法研究

本文提出了一种基于改进遗传算法的软删除双向渐进结构优化法(G-BESO),以解决传统双向渐进结构优化法(BESO)中参数(如进化率)设置不当而导致无法获得最优拓扑构型的问题.首先确定单元权重系数与单元密度的递推关系式,形成一种考虑单元密度历史信息的材料插值模型,从而增强恢复误删高效单元的能力.然后引入遗传算法中的交叉和变异操作,启发式地更新结构状态以提高全局寻优能力.最后将该方法编写成可用于实际工程结构优化设计的程序.算例表明,提出的方法能稳定得到最优拓扑形状且计算效率更高,可为工程结构的拓扑优化设计提供一定参考.     

基于子模型分解的船舶舱段结构代理模型协同优化方法

[目的]为解决船舶舱段结构优化设计参数众多、计算耗时的难题,提出一种基于子模型分解的舱段结构代理模型协同优化方法。[方法]每次选择一个板架,根据当前舱段方案的有限元模型建立板架结构子模型,基于子模型构建板架结构响应的代理模型并进行优化,得到板架优化解后更新舱段模型,再进行下一个板架的优化,如此迭代,直到完成一轮或多轮包含所有板架的协同优化后停止。最后对舱段结构尺寸进行小范围调整,得到最终优化解。[结果]某船舶舱段结构优化结果显示,与从整体优化角度出发的基于降维代理模型的舱段结构优化方法相比,在相当计算成本下,所提方法的优化结果重量进一步减小了2.86%,最终实现结构减重4.96%。[结论]所提方法的优化效果较好,在高维船体结构优化问题上具有较好的应用价值。     

CSR-H与CSR强度评估载荷的对比研究

对CSR-H 与CSR用于强度分析的载荷变化进行分析,对各载荷分量的包络值以及应用于等效设计波中的船体梁波浪弯矩、波浪剪力和外部海水压力、加速度等载荷分量的大小进行比较。分析货油舱、干散货舱、压载舱典型位置处的内部压力变化,并对载荷变化可能引起的结构要求变化进行分析和概括。     

CSR-H对3.5万吨散货船的影响评估

以3.5万吨散货船实船为例,主要通过SDP规范计算和DSA有限元计算,校核CSR-H对该船结构尺寸和质量的影响。在规范计算方面,主要核算不同工况下的轻货舱、重货舱/风暴压载舱的弯曲强度、剪切强度、极限强度和剩余强度对主要结构尺寸的影响。同时,对重货舱同时兼做风暴压载舱第三货舱的所有区域进行屈服强度评估和屈曲强度评估。     

支持向量机和遗传算法组合策略的VLCC船中结构优化设计(英文)

In this paper a hybrid process of modeling and optimization,which integrates a support vector machine(SVM) and genetic algorithm(GA),was introduced to reduce the high time cost in structural optimization of ships.SVM,which is rooted in statistical learning theory and an approximate implementation of the method of structural risk minimization,can provide a good generalization performance in metamodeling the input-output relationship of real problems and consequently cuts down on high time cost in the analysis of real problems,such as FEM analysis.The GA,as a powerful optimization technique,possesses remarkable advantages for the problems that can hardly be optimized with common gradient-based optimization methods,which makes it suitable for optimizing models built by SVM.Based on the SVM-GA strategy,optimization of structural scantlings in the midship of a very large crude carrier(VLCC) ship was carried out according to the direct strength assessment method in common structural rules(CSR),which eventually demonstrates the high efficiency of SVM-GA in optimizing the ship structural scantlings under heavy computational complexity.The time cost of this optimization with SVM-GA has been sharply reduced,many more loops have been processed within a small amount of time and the design has been improved remarkably.     

减摇鳍装置结构拓扑优化应用研究

比较两种常用拓扑优化方法的原理与特点,并以核心零件十字头为例,探讨拓扑优化在减摇鳍装置结构设计中应用的一般过程.改进后的十字头在满足刚度和强度要求的前提下,重量减少了近40%,且应力分布更加平均.结果表明,拓扑优化能很好地实现减摇鳍装置机械结构的等强度、轻量化设计.     

油船货油软管吊基座加强结构设计

针对大吨位油船货油软管吊基座加强结构受力及基座加强形式的适用性问题,以一型冰区阿芙拉油船为研究对象,通过有限元建模分析、校核在不同工况下主甲板上的货油软管吊的基座加强方案是否满足规范标准,并根据计算结果对其结构设计提出改进方案,应力分析结果显示,软管吊的基座结构经二次优化后受到的正应力和剪切应力均大幅下降,这种基座加强设计可适用于同类型的油船,便于装配施工,可保证船体结构完整性。     

湛江某30 万吨级大型散货码头水工结构优化设计

介绍湛江某30万吨级大型散货码头水工结构设计内容、主要设计条件等基础资料。通过分析湛江某30万吨级大型散货码头结构特点,确定了码头桩基桩型的选型,并提出码头基桩优化布置是优化设计需考虑的关键因素。通过分析比较不同排架间距下码头受力情况,对码头进行优化设计。     

基于均匀法的风雨载荷下折叠式舱口盖拓扑优化设计研究

本文以48500DWT散货船舱口盖为研究对象,提出改变传统折叠式舱口盖设计方法,引入拓扑优化的方法对舱口盖横梁腹板、纵桁腹板进行优化设计。通过ANSYS模拟仿真分析,找出最佳力传递路径的结构布置形式,根据优化结果提取节点信息,经过对拓扑优化后的模型进行二次优化,完善了拓扑优化的结果,使其材料布局形式更合理,研究结果表明,基于均匀法的拓扑优化方法运用于折叠式舱口盖的设计中,可改善舱口盖横梁腹板、纵桁腹板结构,保证其强度并且达到轻量化设计的目的,为舱口盖横梁腹板、纵桁腹板的结构设计提供参考依据。     

沥青船独立液货舱垫块布置设计优化与选取

以17 000 t沥青船为例，研究沥青船独立液货舱垫块的布置设计优化与选取。针对当前沥青船市场两种主要的垫块ULEPSI和FEROFORM，基于法国船级社（BV）的舱段有限元分析方法进行垫块的受力分析，对两种垫块的布置设计进行优化，并对两种垫块的选取进行分析。该研究可为其他沥青船独立液货舱垫块的布置设计提供参考。     

生长进化拓扑优化算法在油船中剖面结构优化上的运用

单元进化生长拓扑优化算法较之其他拓扑优化算法有其独特之处,文章通过引入单元生长进化算法对VLCC中剖面横撑结构进行优化设计。结合单元应力指标函数及单元权重系数确定优化模型的目标函数,通过计算单元应力确定单元权重系数的迭代递推关系式,结合有限元平衡方程建立优化数学模型,通过解析计算知优化模型目标函数的取值主要取决于体积函数值,依此建立完整的单元生长进化优化流程。通过与ANSYS连续体拓扑优化计算的比较可知单元生长进化算法更加简单高效,对VLCC轻量化设计具有一定的理论参考价值。     

Application of the optimal Latin hypercube design and radial basis function network to collaborative optimization

Improving the efficiency of ship optimization is crucial for modern ship design. Compared with traditional methods, multidisciplinary design optimization (MDO) is a more promising approach. For this reason, Collaborative Optimization (CO) is discussed and analyzed in this paper. As one of the most frequently applied MDO methods, CO promotes autonomy of disciplines while providing a coordinating mechanism guaranteeing progress toward an optimum and maintaining interdisciplinary compatibility. However, there are some difficulties in applying the conventional CO method, such as difficulties in choosing an initial point and tremendous computational requirements. For the purpose of overcoming these problems, optimal Latin hypercube design and Radial basis function network were applied to CO. Optimal Latin hypercube design is a modified Latin Hypercube design. Radial basis function network approximates the optimization model, and is updated during the optimization process to improve accuracy. It is shown by examples that the computing efficiency and robustness of this CO method are higher than with the conventional CO method.