外置式耐压液舱实肋板拓扑和开孔尺寸优化

[目的]为了简化建造工艺和减轻液舱结构重量,对外置式耐压液舱实肋板结构进行拓扑优化和开孔尺寸优化设计。[方法]首先,利用Hyperworks/Optistruct对外置式耐压液舱整体模型进行结构应力分析。然后,在拓扑优化中,除与液舱壳板和耐压船体壳板相连的约100 mm长条状范围外,以实肋板其他范围内的单元密度为设计变量;以与实肋板相连的液舱壳板和船体壳板上结构的典型应力及实肋板体积分数为约束,以实肋板上最大Mises应力最小化为目标,针对满载和空舱两种工况,利用商用软件Hyperworks/Optistruct对实肋板结构进行拓扑优化。最后,基于Matlab和ANSYS联合优化,以实肋板上von Mises应力和剪应力为约束,以相应结构重量极小化为目标,对实肋板开孔进行尺寸优化,从而得到精细化开孔方案。[结果]拓扑优化结果表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中、下部。开孔尺寸优化结果表明,相比初始方案,实肋板剪应力增加38%,其他关注区域应力相当时,内部实肋板上结构重量可降低19%。[结论]两类优化设计均表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中下部,且从下到上开孔面积应逐渐减小。     

超大型集装箱船中横隔板拓扑优化方法研究

随着国际货运需求的增加,大型集装箱船的吨位越来越大,为节约建造成本,在设计阶段有必要对集装箱船结构进行优化。本文以超大型集装箱船的板架结构作为研究对象,探索拓扑优化在箱船中的应用。在指定应力强度的约束条件、以结构重量最轻为优化目标下,对中横隔板的几何形状进行优化计算。此外,为了使优化后的结构拓扑形式便于生产、加工,约束条件还增加了轴对称条件。迭代优化后的结果表明,横隔板下部材料可以去除,一方面节约船体空间,有利于管道、电缆的铺设;另一方面结构重量（相对于原横隔板）减少了18%,而最大应力只增加1.5%。在箱船横隔板设计中,可以采用相同的方法进行拓扑优化以获得更好的拓扑形状。     

加筋圆柱壳开孔围栏肘板拓扑优化设计

[目的]在水下耐压圆柱壳结构开孔围栏与环向肋骨连接处,易出现应力集中。[方法]为此,提出一种开孔围栏与环向肋骨连接肘板拓扑优化设计方法,以有效降低肘板区域的局部高应力。首先,采用子模型技术对连接肘板区域结构进行精细化应力分析;然后,以连接肘板为设计变量,考虑耐压壳板、围栏和肋骨特征点的应力约束,以肘板区域最大应力最小化为目标函数进行拓扑优化,并对拓扑优化结果进行工程化处理,得到最终的肘板形式。[结果]计算结果表明,面板局部加宽的肘板形式可以有效降低应力集中程度;开孔围栏位置横向偏置时,远离中纵剖面一侧的肘板面板加宽长度较大;连接肘板与开孔围栏中心偏置时,肘板面板关于其腹板对称设计即可。[结论]所做研究可为类似结构设计提供参考。     

矩形耐压舱预应力支柱优化设计

[目的]为有效降低矩形耐压舱顶甲板的弯曲应力,[方法]提出在耐压舱内部设置预应力支柱。首先,给出支柱布局及尺寸已定的情况,以支柱预应力为设计变量,顶甲板板架弯曲应力为目标函数,建立考虑支柱应力约束的支柱预应力最优配置数学模型;然后,进一步将支柱位置作为设计变量,进行支柱布局及其预应力配置优化设计;最后,在预应力优化结果的基础上提出一种降低支柱结构重量的设计思路。[结果]优化结果表明,合理配置支柱的预应力,在支柱重量不增加的前提下顶甲板板架弯曲应力值降低了21.6%;进一步优化后,最终的支柱优化设计方案使顶甲板板架弯曲应力进一步降低了16.0%。[结论]研究结果可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

内压下矩形耐压舱角隅结构形状和拓扑优化设计

为解决内压下矩形耐压舱角隅结构应力集中的问题,提出了角隅结构形状优化和拓扑优化的数学模型。采用子模型技术对结构进行精细化静强度应力分析,以角隅边界形状的变化作为设计变量,极小化角隅结构的应力,得到的最佳角隅形状为弧形。在此基础上,极小化角隅结构的应力,对耐压舱角隅肘板进行拓扑优化设计,寻求肘板材料的最优分布和管路铺设的空间,得到了具有内部圆形开孔和去掉三角形尖角的新型肘板结构。弧形角隅形状和开孔新型式的肘板有效地降低了角隅结构的应力集中。建议的方法可为类似结构的优化设计提供参考。     

巴拿马型73 000 t散货船横舱壁结构损坏分析和处理方法

以某巴拿马型营运散货船为研究对象,分析该船货舱区域横舱壁结构损坏的根源是设计结构计算应力超过许用值,通过细化有限元分析计算,对重压载舱横舱壁区域提出中间槽条加深方案,在槽形舱壁斜板同一平面的下墩结构内设置附加肘板,以降低因结构突变而产生的应力集中问题。     

正交异性钢桥面板U肋与横隔板细节处疲劳分析

正交异性板的细节处疲劳破坏会使纵肋与横隔板开裂,从而降低桥面板的整体刚度,为了研究正交异型钢桥面板的U肋与横隔板等细节连接处的疲劳性能,以驸马长江大桥钢桥面板与横隔板的连接处、U肋与横隔板的连接处和横隔板U肋开槽部位为研究对象,通过ANASYS建立跨中段有限元模型,进行有限元分析,得到结构各细部处应力分布。研究结果表明:正交异性钢桥面板在U肋与横隔板连接处存在较大的主拉应力,疲劳问题较为突出。另一方面,正交异性钢桥面板在横向方向上的应力影响线较短,在不同车道上的车辆不会对同一个疲劳易损位置的应力产生显著的叠加,即只考虑单辆疲劳车在单车道上行驶是合理的。     

散货船连续纵向舱口围板设计

综合考虑散货船设计面临的结构轻量化需求和纵向舱口围板趾端和舱口角隅容易产生裂纹的问题,以21万t散货船为例,提出一种连续的纵向舱口围板结构设计方案。结合HCSR规范,采用有限元分析方法,研究连续纵向舱口围板对整个主甲板区域重量以及对舱口角隅应力和疲劳的影响,结果表明,连续纵向舱口围板方案在散货船上是可行的,该方案可使整个甲板区减重41.54 t,而且舱口角隅处的应力水平和疲劳强度比传统方案有所改善,应力水平下降4.69%,疲劳寿命提高37.64%。与传统的不连续纵向舱口围板相比,连续纵向舱口围板设计方案可实现散货船结构轻量化,消除了舱口围板趾端疲劳裂纹隐患,降低了舱口角隅应力水平。     

钛合金深海耐压舱结构设计

根据最小重量原则及耐压舱的使用要求,结合规范和有限元方法设计工作潜深为2 000 m的钛合金圆柱耐压舱,并对带有多个开孔的端部平盖封头进行结构设计与校核。针对圆柱舱建立参数化结构有限元模型,并在Isight集成优化环境下进行结构优化并获得最优解。对耐压舱进行打压试验,验证了设计方法的有效性,深海压力舱满足力学性能和重量要求。     

某类散货船加装BWTS顶边舱改造方案探讨

在营运船市场上，散货船是主要船型之一，文章以某类具有单独顶边舱的散货船为例，通过对比几种不同的加装压载水处理系统后顶边舱的改造设计方案，对设计和施工过程中的注意事项及常见问题进行探讨并给出解决方案。     

浅析散货船边舱货舱的检查要点

船舶的结构强度对于船舶的水密完整性至关重要,散货船结构设计比较简单,装载的货品复杂多样。散货船边舱、货舱结构的检查可归纳为三个方面:密性的检查;强度的检查;通风设备的检查。顶边舱和底边舱中应重点检查顶边舱。通过对各部分检查要点的总结最后得到结论:应加强散货船结构检查,尤其是货舱、边舱结构的检查,确保散货船水密完整性。     

64000吨级散货船舯剖面设计优化目标及经济分析

本文结合64000吨级散货船的船中剖面设计,论述了把纵、横构件的重量和趋向最小,以及把船体强力甲板区域采用高强度钢,顶边舱内甲板纵骨采用大扁钢作为优化目标的理论基础.对建立船中剖面优化设计的目标函数提出了进一步的方案,同时对上述优化目标进行了技术经济分析.     

提高船用阻尼材料应用效果的优化设计方法

基于模态应变能法及结构动力学优化理论,研究提高船用阻尼材料应用效果的多种方法。方法1是在满足所使用阻尼材料重量相同的条件下,首先对阻尼材料进行一定百分比的开孔,与同等重量的实心阻尼材料结构相比,贴敷开孔阻尼材料的结构损耗因子得到了提高;其次,以所用阻尼材料重量为优化目标函数,在满足给定的整体结构损耗因子约束条件下,建立贴敷阻尼材料复合悬臂板优化模型。方法2主要优化设计复合板不同区域阻尼材料的厚度值。方法3则主要针对复合板不同区域阻尼材料的分布进行拓扑优化设计,得出在给定复合板前3阶模态损耗因子约束条件下阻尼材料的最佳厚度值和拓扑分布。研究结果表明:阻尼材料上一定百分比的开孔可有效提高结构减振效果;通过重量目标函数及考虑损耗因子约束的阻尼材料结构厚度优化和拓扑分布优化,可以找到满足指定减振要求下阻尼材料用量最小的结构,且拓扑分布优化效果更好。     

散货船底边舱下折角疲劳细节分析研究

本文基于HCSR规范中的疲劳强度计算评估方法,通过NK PrimeShip-HULL 4.3.0有限元分析软件建立某61000t散货船的三舱段有限元模型并细化其底边舱下折角,对散货船2,3舱底边舱下折角疲劳进行分析计算,对比分析CH2疲劳寿命相比较CH3更严厉的原因所在。对于散货船底边舱下折角设计及其疲劳强度校核有一定的参考作用。     

内压下矩形耐压舱内部结构优化设计

[目的]为有效降低内压下矩形耐压舱板架弯曲应力,[方法]分别提出内压下矩形耐压舱内部平台位置和支柱布局以及尺寸优化设计数学模型。以内部平台垂向位置作为设计变量,极小化横纵舱壁结构的最大弯曲应力,采用遗传算法求解,得到最优的内部平台布置位置,其优化结果接近垂向均布。支柱设计采用分级优化设计方法,先以等刚度支柱位置作为设计变量,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,分别得到不同支柱数量下的最优布局方案;然后依据应力约束条件选取支柱数量及布局,在此基础上进一步以支柱截面尺寸作为设计变量,以基础优化方案的重量作为约束,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,得到不等刚度支柱最优截面尺寸。[结果]其优化结果显示偏中心区域支柱截面积更大。最终优化设计方案较初始方案,横舱壁、纵舱壁和顶甲板弯曲应力分别降低了28.3%,25.7%和13.9%。[结论]本优化设计方法可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

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。     

20.8万吨散货船总纵弯矩优化分析

本文总结散货船的各类典型装载工况,并针对散货船是否有首尾尖舱,分别梳理了影响总纵弯矩的决定性工况。以中国船舶及海洋工程设计研究院（MARIC）开发设计的20.8万吨散货船作为母型船,以优化总纵弯矩为目标,分析优化散货船总纵弯矩的多种途径,包括取消首尾尖舱、将底墩和顶墩改为压载舱、调整槽型舱壁的位置和方向、调整燃油舱在机舱和货舱区的舱容分布等。本文在分析如何优化总纵弯矩的同时,强调要综合考虑总布置、装载、浮态和规范要求。同时针对空船重量重心对总纵弯矩的敏感度影响进行定量分析,可为在船舶设计初期控制总纵弯矩提供一定参考价值。     

关于审查货船主结构图纸应注意的几个问题

本文结合挪威船级社（ＤｎＶ）规范，从总纵强度、双层底、顶边舱、横舱壁强度和结构节点五个方面探讨了审查散货船主结构图纸时应注意的一些问题。     

散货船结构优化设计

基于《散货船CSR共同规范》对沪东中华造船集团设计建造的76 000 DWT散货船进行船体梁载荷包络线优化、规范校核优化设计以及舱段有限元分析优化,有效降低了该船型的结构钢料重量,中国船级社对该船优化后的相关货舱区结构图纸进行了合同前服务和预认可。