基于有限元法的小水线面双体船结构优化

小水线面双体船结构复杂,需要有效的工具对其进行优化设计,在满足强度刚度要求的情况下控制结构重量.本文利用优化软件Altair.OptiStruct、Msc.Nastran、iSIGHT对一艘小水线面双体船结构进行了尺寸优化、形状优化、和拓扑优化.结构优化基于有限元法完成,以结构重量作为目标函数,结构应力作为约束条件.优化结果表明,通过选择适当的设计变量,能够在结构应力不超过规定上限的条件下使结构重量显著降低并达到最小值.     

基于疲劳强度的主机基座优化设计

以主机基座结构重量为目标函数,采用矩阵描述设计变量离散集,并以结构尺寸、稳定性、许用应力和疲劳强度等方面的限制作为约束条件,建立了船舶主机基座结构的优化设计模型,也给出了基于自适应模拟退火算法的设计优化流程。通过对某集装箱船升高双层底主机基座的优化设计,说明基座结构在初始设计时大部分主要构件的尺寸留有很大裕度。算例分析表明作者提出的结构优化策略是十分有效的。     

船舶典型节点的形状优化设计

船舶结构容易在连接构件处产生应力集中。采用子模型方法对应力集中区域进行精细化分析,并提出节点连接构件形状优化设计数学模型。基于节点子模型,分别以肘板和垂直桁的形状参数为设计变量,以关注区域结构最大Mises应力极小化为目标函数,采用Optistruct软件进行形状优化设计。计算结果表明,优化方案大幅降低了节点结构的最大Mises应力,同时应力分布更加均匀,为船舶节点结构精细化设计提供了参考。     

翼身融合水下滑翔机水动力及外形优化设计

为提高水下滑翔机的滑翔性能,引入航空领域的翼身融合布局,设计一款翼身融合水下滑 翔机.该滑翔机以类椭圆结构作为主体平面外形,剖面采用NACA0012高升力翼型.基于黏性流体计算软件FINE/Marine对该翼身融合水下滑翔机的初始外形进行数值模拟,论证该滑翔机构型具有优异的水动力性能.采用CAESES软件对翼身融合水下滑翔机进行全参数化建模,并以升阻比为优化目标,兼顾内部容积的需求.提出组合算法优化策略,设计2套算法组合的方案,并对其进行优化.优化结果表明,Sobol算法与NSGA-Ⅱ算法的组合更具优势,优化后的翼身融合滑翔机的水动力性能更优越,最大升阻比提升了 15.3％,阻力系数降低了 6.5％,升力系数提升了 7.8％,水动力综合加权值提高了15.39％,舱容提升了 18.35％,滑翔机的滑翔稳定性得到了提高.该组合优化方案为水下滑翔机的优化设计提供了新的思路.     

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。     

翼滑艇快速性、操纵性及结构特性综合优化方法研究

针对翼滑艇的快速性、操纵性和结构特性,提出了一种离线的智能控制优化方法,建立了翼滑艇快速性、操纵性和结构特性综合优化的数学模型,以MATLAB为工作平台,确立了综合优化目标函数,利用遗传算法编制了翼滑艇快速性、操纵性和结构特性综合优化计算程序,并对某翼滑艇的综合性能进行优化计算。     

构件可靠性的形状优化方法

提出了基于构件可靠性的形状优化方法。并将基于可靠性的形状优化方法与一般的结构形状优化方法进行了实例比较。结果表明基于可靠性的结构形状优化设计兼顾了结构的合理性、可靠性和结构优化三者的关系,使结构达到了经济与安全的统一;而在不考虑结构可靠性的情况下进行结构形状优化设计虽然能够大幅度降低结构的重量,但导致构件的可靠性降低。     

基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究

研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓扑优化设计的优化对象、单元类型、初始板厚、工具方法、约束条件、体积分数、工况加权权值等主要控制参数进行研究。文中给出工程上适用的舱段拓扑优化基结构建模方法和计算方法,并以某一单纵舱壁型VLCC为例,分别采用SIMP法和BESO法给出舱段主要支撑结构拓扑优化的清晰构型。     

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.     

半潜式生产平台立柱与上部模块连接结构设计优化及可靠性分析

半潜式生产平台是一种适用深海油气资源开发的主流装备,相比半潜式钻井平台,其在结构强度和疲劳分析方面有更高的要求。文章在规范设计及校核的基础上,采用三维结构有限元数值分析法,对半潜式生产平台关键结构优化设计和可靠性分析进行研究,以求平台关键结构区域应力状态更合理优化;基于蒙特卡洛法,针对海洋工程环境条件的复杂性和不确定性,引入载荷随机概率变化设定,进一步对关键结构进行可靠性分析及优化,以关注结构强度的可靠性。     

基于ANSYS的20英尺船用集装箱转运装置的分析与设计

针对船用集装箱短途运输效率低、作业方式粍能高的问题,设计了一种新型集装箱转运装置,该装置具有体积小、重量轻、操控简便、灵活快捷的特点。该装置由转运车、自装卸装置和遥控盒3大部分组成。使用有限元软件对该装置的结构进行了计算、分析和优化,分析了其主要部件的受力形式和应力分布特点,并以实例建模计算的方式验证了其结构形式。这种设计提高了该装置的灵活性和可靠性,也使该装置的整体性能得到了提升。     

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。     

超大型集装箱船绑扎桥强度校核与结构优化

随着超大型集装箱船的发展,绑扎桥的结构设计越来越复杂。文章在21000TEU超大型集装箱船典型绑扎桥设计的基础上,利用ANSYS软件计算了绑扎桥结构的强度和刚度。通过研究不同浮态,装箱条件以及最大设计载荷条件下结构的总体应力和变形情况,分析了关键位置的应力集中现象。并用这些分析结果指导结构优化,为绑扎桥结构的分析及结构设计提供具指导意见。     

滚装船结构优化技术研究

良好的结构设计,要考虑到整体性、工艺性,而经济性则是评价任何设计的主要方面。在设计过程中,既要保持结构的足够强度,又要尽量减少船体的自重,以体现其结构设计的经济性和合理性,而最终达到结构优化和节能的目的。本文通过分析长江大型商品汽车滚装船结构特点,以1300车长江大型商品汽车滚装船为对象,采用规范计算或采用有限元软件进行直接计算,从拟定的2种结构布置方案中优化选出较佳方案,再对优选的结构布置方案进行纵骨间距优化,最终推荐的结构方案既能满足商品车装载要求,同时又大大减轻船舶结构重量,可为长江大型商品汽车滚装船的结构设计提供借鉴。     

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。     

肋骨许用应力对环肋圆柱壳结构设计的影响

[目的]旨在研究不同肋骨的许用应力对圆柱壳结构设计的影响.[方法]采用全因子试验设计和信息熵方法,建立基于综合裕度的环肋圆柱壳多目标优化模型,并利用宽容度排序法对建立的多目标优化模型进行优化求解,以及通过改变肋骨许用应力安全系数,分析肋骨许用应力对圆柱壳各属性均匀度的影响.[结果]结果表明,圆柱壳肋骨应力为主要设计约束...     

海洋平台大型生活区模块吊装方案设计及优化研究

海洋平台大型生活区模块整体吊装是其建造过程中一项先进工艺,如何保证其吊装工艺的安全可靠更是一项关键技术。本文以某海洋平台典型生活区模块为例,对其整体吊装方案进行了详细设计,采用有限元法和结构力学相关理论,结合规范对整体吊装强度进行了分析,发现了吊装过程中结构关键部位的薄弱环节,对其进行了吊装方案优化设计,并对优化后的整体结构再次校核分析,验证了吊装优化方案的可行性与准确性,为海洋工程大型模块吊装方案提供了可行的依据。     

基于PSO-BP神经网络的油船中部结构优化

以舱段质量为目标函数,以相关规范要求的板厚及应力为约束条件,通过灵敏度分析确定设计变量,对油船中部结构优化。构建基于粒子群优化的BP神经网络模型,并代替有限元分析确定应力与设计变量之间关系,从而对舱段进行结构优化。优化后舱段质量降低了4.2%,优化后的有限元分析结果表明满足规范要求,PSOBP神经网络模型在船舶结构优化设计中具有可行性。