舷侧圆管式夹层板结构耐撞性能优化设计

圆管式夹层板是一种新型船舶防护结构形式,通过在单层壳舷侧填充圆管式夹层以提高船体的耐撞性能。由于舷侧夹层结构在增加船体耐撞性的同时增加了船体质量,因此需要对圆管式夹层板进行尺度优化,在确保舷侧耐撞性增强的同时,有效控制船体质量增量。以船首与船侧相撞为例,综合考虑撞深、能量吸收、极限撞击速度和质量,提出一种耐撞性优化指标。基于正交试验设计、BP(Back Propagation)神经网络和遗传算法,得出最优的夹层板尺度,并利用有限元仿真软件MSC/Dytran对船舶碰撞进行数值仿真,从而确定最优的耐撞性舷侧结构设计。结果表明,优化后的舷侧圆管式夹层板结构在提高耐撞性能的同时能较好控制船体质量增量。研究成果在夹层板舷侧结构耐撞性能优化方面具有重要的作用,也为其他新型舷侧结构耐撞性能优化设计提供了参考。     

船-冰碰撞载荷下3种舷侧结构耐撞性分析

为探究船-冰碰撞载荷下横骨架式和纵骨架式2种船体结构的耐撞性能,利用MSC/PATRAN软件建立油船及冰体有限元模型,运用非线性有限元软件Dytran对船中舷侧结构与冰体棱角发生碰撞进行仿真。通过2种舷侧结构的船体与冰体碰撞,对比不同船体结构的损伤变形、碰撞力和能量吸收的差异,探究各种船体结构的优劣性。利用不同船体结构的优劣性能对现有的2种船体舷侧结构进行改进,合理布置横骨材、纵骨材的数量及尺度,在船舶总质量改变不大的前提下,采用优化混合骨架设计结构方法提高舷侧结构的耐撞性能。计算结果表明,该方案对冰区船舶结构加强具有重要的参考意义,可为提高冰区船舶耐撞性设计提供建议。     

一种基于IFP的单壳舷侧耐撞结构

改进船体结构耐撞性是开展船舶碰撞研究的一个主要目的.结构耐撞性设计,就是在碰撞研究的基础上,对传统的舷侧结构进行优化设计,或者设计一些具有特殊吸能元件的新型船体结构形式,来改善船舶的结构耐撞性能.目前,船舶耐撞性的研究主要集中于双层舷侧结构,单壳舷侧结构的耐撞性研究开展得较少.IFP(Improved Frame Panel)是一种先进的舷侧骨架结构,它具有良好的吸能特性和结构强度,是一种理想的能量吸收单元.本文基于IFP构建了一种新式单壳舷侧耐撞结构,并将之应用于某型护卫舰.通过仿真计算和比较研究,证明IFP可以显著提高舰船的侧向抗撞能力,是一种先进的耐撞设计思想.     

基于折叠式夹层板船体结构耐撞性设计

提高船体结构的耐撞性能是开展船舶碰撞与搁浅研究的主要目的,通过船体结构耐撞设计提高船舶的安全性,对常规船体结构进行优化来提高结构耐撞性能是有限的,设计新型高效的吸能单元是提高结构耐撞性能的有效途径m折叠式夹层板具有吸能好、比强高、刚度大等特性,是一种理想的能量吸收单元.引进特种吸能单元FSP设计出一种新式耐撞结构形式,分别应用于双壳、单壳舷侧结构,对其耐撞性能进行研究.通过数值仿真计算分析,证实FSP舷侧结构显著提高了单壳、双壳舷侧结构的抗撞能力,FSP结构是一种先进的耐撞结构形式.     

船体结构耐撞性优化设计方法研究

提出了一种船体结构耐撞性设计的优化方法,它是在试验设计、径向基神经网络和遗传算法的基础上发展而成的,用高精度的快速分析模块来代替计算量很大的复杂模型,且能处理混合离散变量和工程约束条件。为表征船体结构的耐撞性能,本文引入了耐撞指标的概念。应用上述优化方法对某散货船舷侧结构进行了耐撞性优化设计。优化过程中以耐撞指标作为目标函数,以结构重量作为约束条件,用非线性有限元动态响应分析程序ＭＳＣ／ＤＹＴＲＡ     

船舶碰撞损伤风险分析方法及应用

提出一套基于概率分析和损伤机理的船舶碰撞损伤风险分析方法,该方法采用船舶碰撞外部动力学三维解析方法、内部动力学简化解析方法以及Monte Carlo模拟。通过分析船舶发生碰撞的概率因素,分析某艘船舶发生碰撞并且产生结构损伤的概率;通过与规范衡准进行比较,判断船体结构设计的耐撞性能。以某型大型油轮为例,利用所提出的方法进行耐撞性计算,结果表明该方法可以为基于风险分析的船舶耐撞性设计方法提供技术支持。     

小型快艇结构耐撞性研究

船舶碰撞是一种复杂非线性瞬态响应过程,在碰撞区内的构件一般迅速进入塑性流动状态,出现撕裂、屈曲等形式的破坏和失效,因此对小型快艇结构碰撞特性进行分析非常必要。分析了艇艏撞击作用下快艇舷侧加筋结构的渐进破坏过程,给出了撞深曲线。为表征小型快艇船体结构的耐撞性能,建立了基于综合考虑塑性应变衡准和撞深衡准的小型艇结构耐撞性评价模型。最后,运用有限元法进行数值分析,开展快艇改进舷侧的结构耐撞性优化研究。数值分析表明,对于中小型快艇,碰撞损伤主要是艇体的总体弯曲变形,损伤变形区域占全船的比例较大,采用塑性应变衡准和撞深衡准能有效地刻画中小型快艇结构耐撞性。     

三体船与刚性体碰撞性能及结构优化研究

以经典小型高速三体船为研究对象,对碰撞非线性有限元分析方法及理论进行研究。借助动态非线性有限元软件MSC.Dytran,模拟三体船整船结构模型,通过三体船主体与刚性墙之间正面碰撞,研究其在结构损伤变形、位移、速度、碰撞力和船体结构能量吸收等方面上的性能,并对三体船结构提出优化方案。通过仿真计算和比较,得出在碰撞过程中的碰撞力、速度、撞深以及能量吸收等耐撞性指标,为三体船结构优化和船舶正常航行提供参考依据。     

折叠V型夹层板舷侧结构的耐撞性能优化设计

基于传统加筋形式的船舶舷侧结构,提出一种新式折叠V型夹层板舷侧结构,针对其复杂的耐撞性优化问题,分别利用GA-BP-GA方法和直观分析法对其开展耐撞性能优化设计,并验证了GA-BP-GA方法的可行性与准确性。结果表明:经遗传算法优化后的BP神经网络具有较优的训练精度和泛化能力;与原设计相比,GA-BPGA最优设计的耐撞性能提高了21.0%,高于正交最优设计的16.5%和直观优化的6.3%;GA-BP-GA最优设计关于耐撞性指标的预测值与有限元仿真值之间的相对误差均小于3.5%,具有较高的可信度。     

船舶碰撞损伤影响因素研究综述

为减少船舶碰撞损伤的影响、增强船舶航行安全性、保护水面环境，船舶碰撞损伤影响因素受到关注。该文从撞击船首、被撞船舷结构以及两船的相对运动状态等3个方面对船舶碰撞损伤主要影响因素进行综述。从优化船首设计、增强船舷结构强度和驾驶船舶应急操作3个角度阐述减少船舶碰撞损伤的对策建议，指出其中存在的不足，并提出下一步船舶碰撞损伤研究展望：协调缓冲船首刚度与变形度、提高船舶耐撞性与增加船体结构质量，及应急操作与舵手能力不足之间的相互关系。     

基于改进BP-GA方法的FPSO舷侧结构耐撞性能优化设计

基于遗传算法和ABAQUS参数化有限元仿真技术,对传统的BP-GA优化方法进行改进,并采用改进的BP-GA方法对浮式生产储油卸油装置(FPSO)舷侧结构的耐撞性能进行优化,以验证其可行性和准确性。结果表明,与传统的BP神经网络相比,经遗传算法优化的BP神经网络具有更高的预测精度和更强的泛化能力;改进的BP-GA优化方法可在结构减重的基础上进一步提高结构的耐撞性能,能较好地适用于复杂的FPSO舷侧结构耐撞性优化设计。采用的优化方法具有通用性,可为抗爆性能的优化设计提供参考。     

An analytical method for predicting the ship side structure response in raked bow collisions

As an increasing number of ships continue to sail in heavy traffic lanes, the possibility of collision between ships has become progressively higher. Therefore, it is of great importance to rapidly and accurately analyse the response and consequences of a ship's side structure subjected to large impact loads, such as collisions from supply vessels or merchant vessels. As the raked bow is a common design that has a high possibility of impacting a ship side structure, this study proposes an analytical method based on plastic mechanism equations for the rapid prediction of the response of a ship's side structure subjected to raked bow collisions. The new method includes deformation mechanisms of the side shell plating and the stiffeners attached. The deformation mechanisms of deck plating, longitudinal girders and transverse frames are also analysed. The resistance and energy dissipation of the side structure are obtained from individual components and then integrated to assess the complete crashworthiness of the side structure of the struck ship. The analytical prediction method is verified by numerical simulation. Three typical collision scenarios are defined in the numerical simulation using the code LS_DYNA, and the results obtained by the proposed analytical method and those of the numerical simulation are compared. The results correspond well, suggesting that the proposed analytical method can improve ship crashworthiness during the design phase.     

Study of the ship design process model for collaborative design

The ship design process model is the basis for developing the ship collaborative design system under network environment. According to the characteristics of the ship design, a method for dividing the ship design process into three layers is pat forward, that is project layer, design task layer and design activity layer, then the formalized definitions of the ship design process model, the decomposing principles of the ship design process and the architecture of the ship collaborative design （SDPM） system are presented. This method simplifies the activity network, makes the optimization and adjustment of the design plan convenient and also makes the design process easier to control and change, at last the architecture of the ship collaborative design system is discussed.     

多学科设计优化技术在舰船设计中的应用

介绍多学科优化设计的主要基本理论、研究和应用状况及发展前景,根据舰船设计特点进行舰船多学科设计优化分析,重点分析舰船结构设计中的多学科设计优化问题,建立优化数学模型是多学科优化设计的重要内容,并对数学模型进行了分析。     

Optimization of crashworthy marine structures

History shows that ferry and RoPax collisions with tankers can be devastating for human life. This paper follows up such a scenario to contribute to rational increase of safety of marine structures. Through the coupling of multi-objective structural optimization and crashworthiness analysis, a conventional tanker structure is optimized for higher collision tolerance, accounting for the change in hull mass, so that the increase in safety is efficient. Two new concepts, proposed here, are deemed necessary for the successful execution of this task: a ‘two-stage’ optimization approach, reducing the number of needed collision simulations, and a rapid collision simulation approach that utilizes coarse FE mesh and reduces calculation time. Combining the obtained results with the state-of-the-art knowledge, a new insight about crashworthy design of tanker structures is also realized.     

船舶主尺度方案的博弈优选

优化选择的船舶主尺度方案需要具有较好的经济性、技术性能,而博弈论是研究解决、优化决策选择的科学,根据船舶主尺度方案优选问题与经济学中博弈问题之间的相似性,从博弈的观点确定了船舶设计中的博弈方及其对应的策略空间,即各设计目标视为博弈问题博弈方;设计变量集合视为所有博弈方的战略集组合,从而提出了船舶主尺度方案优选设计问题的博弈方法。通过实例应用表明,合作博弈论方法能更好地综合反映设计目标的要求,优选结果更加合理。     

基于工艺可行性的离散变量结构动力特性设计优化

基于船舶工艺可行性分析,建立了使用自适应模拟退火算法的多工况下船体结构动力特性设计优化模型;并给出了相应的设计流程。模型使用矩阵描述由板材厚度和骨材型号构成的离散变量集合,同时将全体设计变量处理为共享设计变量。将模型应用于某集装箱船艉部结构的动力特性设计优化中,优化后的结构不仅减轻了自重,而且增加了频率储备。实例分析表明该模型能应用于工程结构的实际优化设计。     

知识工程在船舶结构优化设计中的应用

针对船舶结构设计变量是涉及多种设计和约束条件的离散变量,造成结构优化的高度非线性、多峰性等问题,而且设计过程中需要设计规范和专家经验等知识支持,结合其具有很强的综合性、模糊性等特点,提出了基于知识工程的船舶结构优化设计方法。该方法利用知识工程与结构优化相结合,将获取的设计知识构建知识库应用于船舶结构优化设计,并通过知识工程技术实现参数化结构模型与优化数学模型的相互转化,降低结构优化设计对用户知识水平的要求。水密横舱壁结构的优化设计算例表明,满足约束要求的情况下,其结构重量在优化后比优化前降低了,保证了结构性能合理的同时实现重量最轻的目标;将结构参数化模型和数学优化模型结合在一起,为设计经验少的设计者提供了一种结构设计的捷径;实现了从不同资源中获取知识并应用于优化设计过程,促进设计能力的提高,降低优化设计过程对知识和经验的依赖。     

某公务船抗碰撞性能研究

公务船在领海和专属经济区执行维权执法任务时,存在较高的与其他船舶发生主动或被动碰撞的风险。为了准确评估公务船的耐撞性能,本文以某公务船为例,考虑多种计算工况,对目标船的耐撞性能进行动态响应计算,获得了机舱及首部区域的结构损伤、应力、能量吸收等动态结构响应,并计算获得被撞船达到临界状态时的极限撞击速度。研究成果可为公务船的防撞结构设计提供参考。