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。     

凸角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段优化设计

对凸角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段结构分别用迁移矩阵法及有限元方法进行了应力分析,对比了2种计算方法所求结果的差别;用有限元方法对舱段结构的主要参数进行了强度优化,并分析了各参数对舱段最大表面应力的影响,对优化前后的设计方案用迁移矩阵法进行验证.本研究方法是用有限元法对舱段参数进行优化并用迁移矩阵法对优化数据进行最终计算,以确定设计参数的一种设计方法,是凹凸角舱段优化设计中一种行之有效的方法.     

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。     

舰船刚性阻振质量基座振动特性优化设计

基于结构动力学优化设计理论,研究了舰船刚性阻振质量基座结构形式的设计方法。在满足基座舱段总重量限制的约束条件下,分别建立了刚性阻振质量布置及截面尺寸优化设计模型,并进行了以基座舱段耐压壳体振动加速度为目标函数的动力学优化设计。通过优化分析,得到了在给定约束条件下减振效果最佳的刚性阻振质量截面尺寸和布置。研究结果表明,刚性阻振质量基座中阻振质量高度越大,基座舱段耐压壳体平均振动加速度级就越小。通过优化设计可以找到满足要求的结构,分析得到目标函数随设计变量的变化趋势,并对此优化方法的有效性进行验证。     

波浪补偿下舰船液压起重机结构优化设计

常规液压起重机结构优化设计应用与波浪补偿下的舰船液压起重机时,存在结构优化能力较低的不足,为此提出波浪补偿下舰船液压起重机结构优化设计。分析波浪补偿下舰船液压起重机整体结构,对液压起重机吊臂结构进行受力计算,对大受力点进行合理优化设计;依托结构力学关系,分析起重机液压缸转角三角形关系,实现舰船液压起重机液压缸转角结构优化设计,完成波浪补偿下舰船液压起重机结构优化设计。仿真试验数据表明,提出的起重机结构优化设计较常规起重机结构优化,结构优化能力提高42.64%,适合波浪补偿下舰船液压起重机结构优化。     

舱室内爆载荷特性研究

首先选取并验证了舰船模型,对其模型进行简化,选择中部三舱段有限元模型,应用非线性显式动力学软件Dytran对三舱段模型内部爆炸过程进行数值模拟,并通过计算拟合出Pressure和时间、距离的公式,将其作为静载施加到爆炸舱室的板架结构上进行计算,模拟出舰船舱室在内部爆炸载荷作用下舰船结构的动态响应。最后将简化前后的计算结果进行对比分析,通过各个参数计算的结果判断内爆载荷简化计算方法的可行性,对以后爆炸载荷的简化计算具有重要参考价值。     

舰船结构弹塑性冲击响应数值计算

舰船的结构强度是保障其航行安全性的关键,水下爆炸冲击会对舰船的船体结构产生冲击性载荷,但载荷超过舰船结构的弹塑性临界值时,就会对船体造成不可恢复的破坏,造成沉没等。因此,世界各国花费大量的人力和财力,不断研发新型舰船,提升舰船结构的抗水下爆炸冲击性能。本文首先分析水下爆炸冲击作用的特性,结合船体壳状结构的力学模型,利用有限元分析软件Ansys进行舱段的弹塑性分析,有助于提高舰船结构的强度优化设计。     

船体舱段优化设计

将基于二次规划的准解析法优化理论应用于船体舱段的优化设计中,在整船三维有限元分析模型的基础上建立了船体舱段的优化模型.以船体舱段重量为目标函数,以钢板厚度和型钢横截面积为设计变量,考虑了尺寸约束、强度约束和稳定性约束,使优化后的舱段满足设计要求.根据优化理论编制了SAAOP程序,探讨了一种基于整体结构的局部优化设计的简便方法.     

基于工况TPA的舰船辐射噪声预报与试验研究

为了进一步降低舰船辐射噪声、提高舰船声学性能,结合偏相干以及条件功率谱方法,优化舰船振动传递路径分析方法,开展了辐射噪声合成研究。舱段模型试验表明:经偏相干分析法优化后的工况传递路径分析法可以识别主要振动噪声源、传递路径,实现舱段模型的辐射噪声预报,全频段误差小于3 dB,验证了该方法的有效性。     

远场非接触爆炸作用下舱段模型动态响应的数值模拟

利用非线性有限元软件ABAQUS计算了舱段模型在非接触水下爆炸作用下的动态响应过程,给出了各部位的加速度时间历程,利用模型爆炸试验来检验计算的正确性,在数值计算和工程试验的基础上讨论了舱段模型在远场爆炸下的响应,此研究对舰船结构抗冲击仿真评估具有一定的参考价值.     

基于非线性规划法的舰船破舱位置识别计算

舰船破舱位置的快速识别是及时、准确地进行损管行动的基础,对于恢复舰船生命力具有重要作用.根据当前给定的浮态进行舰船破舱位置的识别计算,以复原力臂的绝对值最小为目标函数,排水量不变为约束条件,破舱进水量及其重心坐标为设计变量,采用非线性规划法求解该优化问题.该方法不依赖于液舱液位测量装置,可实时计算出舰船破舱的位置.通过对某舰船破舱位置识别计算结果分析,说明该方法简单、实用,可为舰船指挥员迅速判断舰船破舱化置提供理论依据.     

凹角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段优化设计

对凹角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段结构分别用迁移矩阵法及有限元方法进行了应力分析,对比了2种计算方法所求结果的差别.用迁移矩阵法对舱段结构的主要参数进行了强度优化,并分析了各参数对舱段最大表面应力的影响.用迁移矩阵法对凹角设舱壁与凸角设舱壁的凹凸角舱段分别优化,对优化后两舱段的应力控制、所需材料的最大厚度及重量进行对比分析,开创了一条用迁移矩阵法对潜艇结构进行优化计算的新路.     

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。     

舰船高传递损失复合托板振动特性优化设计

基于结构动力学优化设计理论,研究了潜艇典型舱段双层圆柱壳舷间高传递损失复合托板结构。通过初步优化,得到隔振效果最优的刚性阻振质量块的最优截面尺寸和布设位置,并将最优参数的刚性阻振质量块等效为相同截面惯性矩的球扁钢。在满足舱段总重量及危险截面结构强度的约束条件下,以舱段非耐压壳体全频域内的平均振动加速度级为目标函数,对高传递损失复合托板的开孔半径和托板角度进行动力学优化设计,得到最优振动特性的复合托板形式。由优化结果得到,在中、高频段内,高传递损失复合托板有明显的降噪作用,舱段非耐压壳体全频域内的平均振动加速度级降低了1.66 dB。     

超大型油船舱段结构强度评估平台

双壳油船共同规范JTP对于船长超过150m的油船推荐采用有限元进行直接计算分析其强度。本文依据JTP中关于舱段有限元建模的要求，采用有限元软件ANSYS的APDL语言，建立了超大型油船三舱段结构强度评估平台。该平台对于同一种结构形式下的不同设计参数，均能自动实现建模、网格划分、边界条件和工况加载、求解以及主要构件的应力输出等功能；初步实现了基于直接计算的超大型油船舱段强度评估的自动进行，为超大型油船的初步设计和结构优化提供了舱段结构强度评估的基础。     

玄武岩纤维复合材料舰船船体结构性能分析

玄武岩纤维复合材料在耐高温、耐酸碱、介电等性能方面有一定的优势,且价格低廉.采用有限元方法,分别针对玄武岩纤维复合材料和玻璃纤维增强复合材料建造的典型舰体舱段,计算不同载荷下的结构力学性能.比较了不同载荷时舰体舱段总体变形及局部关键位置的变形大小及应力水平.结果表明,玄武岩纤维复合材料应用于舰船结构制造,将能提高船体强度、降低制造成本,为舰船结构选用玄武岩纤维复合材料建造提供了参考依据.     

不等间距分舱结构声辐射特性研究

研究舱段结构振动、声辐射特性随分舱形式改变的变化规律,对潜艇结构声学优化设计具有十分重要的意义。从结构声学设计的角度出发,在保持相邻两个舱段总长度不变的情况下,调整两个舱段的长度,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度和辐射效率作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究整个结构振动和声辐射特性。在流体部分的计算中,采用网格重叠算法,以提高计算效率。通过调整分舱形式,在一定频段,改变了整个舱段结构振动声学传递函数的谱峰频率,降低了谱峰幅值,因此,可以通过改变分舱形式以改变舱段结构声学特性,使设备激振力的谱峰频率与结构振动声学传递函数的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制。     

基于直接计算法的超大型油船整体舱段结构优化

基于有限元法的船体舱段整体结构优化优于分块优化,但由于其实现存在很多困难,目前国内研究较少。提出一种综合有限元法、均匀设计、神经网络等方法和理论的优化方案,对大型油船立体舱段结构优化进行了研究。建立了舱段结构强度评估的参数化有限元平台;构建了用于试验的均匀设计表,设计了171次试验,将之代入有限元平台进行计算,得到了用于神经网络训练的样本对,从而建立了设计变量和目标函数及应力响应的神经网络响应面。按照一般的优化流程,采用离散粒子群算法,对某30万t超大型油船舱段整体结构进行了优化设计。优化结果表明该方案是可行的,合理的,可以大大缩短直接计算消耗的机时。     

舰船结构有限元计算模板研究

随着计算机技术和现代力学的发展,有限元分析在结构强度分析和仿真等方面的应用越来越广泛,针对有限元分析的应用程序如Ansys,ADINA等也逐渐发展成熟。舰船结构设计过程较复杂,包含了材料、力学、热学等影响因素,有限元分析技术提高了舰船结构设计的效率和精度,具有重要的应用价值。本文针对舰船结构设计的有限元分析过程,开发典型的舰船结构舱段的有限元计算分析模板,显著提高了舰船结构有限元分析的效率。