豪华邮轮大型剧场内支柱布局优化设计

豪华邮轮大型剧场内通常要求设置尽量少的支柱形成尽可能大的支撑空间，存在优化需求。目前的支柱布局多依赖工程师的设计经验实现，缺少数学优化方法的支撑。对此，建立一套基于变密度拓扑优化法的支柱布局优化方法，利用单元相对密度确定设计域内各支柱的“重要性”，通过简化算例验证该方法的可行性。针对目标邮轮大型剧场，采用建立的支柱布局优化方法获得初步的支柱优化方案。经结构动响应校核和二次设计修正，获得工程化的支柱布局优化设计方案。通过对比新、旧方案的多项响应发现，优化设计效果较好，表明该方法在实船优化设计中有效且可靠，可供豪华邮轮大型剧场内的支柱布局优化设计参考。     

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。     

考虑振级落差要求的齿轮箱基座优化设计

对某新型齿轮箱基座采用结构动力学优化方法进行设计改进,建立了考虑指定频率区间内振级落差性能要求,以基座重量为目标函数的齿轮箱基座尺寸与拓扑优化设计模型.通过两种优化方案,使新型基座低中频段振级落差由5dB提高到12dB,找到对振动传递影响较大的肋板和减振效果良好的结构拓扑形式.     

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。     

薄板减振降噪的拓扑优化设计方法

本文采用结构拓扑优化均匀化法，研究了一对短边固支薄板减振降噪问题。通过对比加肋、粘敷阻尼和改变拓扑等条件下结构固有频率和声辐射特性的变化，指出采用结构拓扑优化方法对解谐和减振降噪阻尼材料配置的高效性。对船舶声学隐身设计具有指导意义。     

大跨度无支撑甲板纵向稳定性分析和优化设计

讨论了作为强力甲板的大跨度甲板板架的纵向受压稳定性计算方法,指出传统的线性计算方法偏于保守。提出了大跨度甲板板架的稳定性分析和优化设计思路,并以某大跨度简单板架为例采用非线性方法进行了纵骨与强横梁的组合优化分析。实例证明了在保证甲板稳定性的前提下,适当提高纵骨刚度可以较大程度的降低横梁必要刚度,从而减轻结构重量,提高材料利用率。     

舰船管路阀组单元振动特性分析及结构参数优化研究

管路阀组单元是舰船管路系统中的重要组成部分,阀组的振动通过阀组架传递到船体,从而引起船体的振动与噪声,对阀组结构进行优化以减小传递到船体的振动,对舰船振动与噪声控制具有重要意义。利用有限元软件ANSYS建立阀组单元的有限元模型,对阀组单元进行振动响应分析,得到阀组单元在垂直和水平载荷激励下的加速度振动特性。通过分析阀组架的阀架臂长、布置间距和阀架角钢尺寸等结构参数对振动的影响,对这些参数进行组合设计并优选结构参数,提出优化方案,使得阀组单元的声振特性得到了有效改善,传递到船体的振动加速度降低了10 dB。     

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶部空间布局,提高舱室顶部板架结构的固有频率,对上层建筑板架进行拓扑优化,寻求材料最优分布,并在对其进行静力分析和模态分析的基础上,以体积百分比为约束条件,以板架固有频率为目标函数,得到拓扑优化后的结构型式,新结构型式使材料分布更加合理,有利于舱室顶部管道和电缆等的铺设。研究表明,在目前的板架结构设计中,可广泛应用结构拓扑与形状优化设计技术。     

基于自适应进化策略的舰船甲板结构动力优化

舰船甲板结构是船体主要组成部分,它的动力性能影响到人员的舒适及船体安全,如果甲板振动过大,不仅会影响舒适性,甚至会导致甲板结构发生破坏,直接威胁船舶安全性.在舰船航行过程中,引起甲板振动的振源主要来自于螺旋桨和主机激励.本文基于自适应进化策略算法,考虑结构设计变量均为符合工程实际的离散变量,建立了适合对舰船甲板结构进行动力优化的方法,并针对某实船甲板出现有害振动问题,结合实船测量数据,对甲板动力特性进行了优化,得到减振结构修改措施.结果表明本文优化对于提高舰船的舒适性乃至安全性,有一定的实际意义和应用前景.     

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。     

基于多层次法的浮箱结构优化设计

对浮箱进行结构优化可减轻结构自重以提高有效载重量，从而能够满足更大吨位的载重要求，改善经济性。针对浮箱的板梁结构形式特点，采用综合应用双向渐进结构优化（BESO）和响应面法（RSM）方法的多层次结构优化设计方法，进行浮箱结构优化设计，涵盖尺度优化、拓扑优化和截面优化3个层次。该方法的核心是使用BESO方法从基结构中获得优化解。在尺度优化层次，根据不同的主要尺度参数建立相应的基结构模型，应用BESO法得到相应优化解，并建立响应面模型进行尺度优化求解。在拓扑优化层次，根据最优尺度参数重新建立基结构模型调用BESO法求解，得到最优拓扑。由于最优拓扑解存在锯齿边，在截面优化层次需要对各截面进行光滑处理。将光滑处理问题转化为对截面参数的求解，建立截面参数与优化目标的响应面模型，最终确定各截面形状。通过某浮箱的结构优化设计实例，验证了多层次结构优化设计方法的可行性和有效性。     

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。     

四边形蜂窝夹层板的优化设计分析

夹层板结构是近代发展起来的一种比较先进的结构形式,具有比强度高、比刚度大等特点。以某舰船中部双层船底一个纵桁和肋板间距的船底板架单元为基础,在保证夹层板总质量、主尺寸与原板架相同的前提下,建立一系列夹层质量不同的四边形蜂窝夹层板模型。利用仿真算法,从结构损伤、能量吸收的角度分析其抗爆与抗冲击性能。对四边形蜂窝夹层板进行优化分析,得到一种优化模型。     

爆炸载荷下矩形板弹塑性动态响应研究

舰船结构在受到高强度爆炸载荷作用时的破坏形式主要是板架的塑性大变形和撕裂。对四边约束矩形板在爆炸冲击波载荷下的塑性大变形响应进行了理论分析和试验研究。基于板的大挠度变形理论和能量守恒原理,建立了矩形板在爆炸载荷作用下发生塑性大变形的弹塑性分析方法。将理论计算与试验及数值计算进行对比,表明弹塑性分析方法有较好的计算精度和适用性。可用于计算舰船局部结构对舱内爆炸冲击波的响应,为舰船的抗爆设计提供理论依据。     

大跨度钢桥铺设无砟轨道关键技术研究

大跨度钢桥由于跨度大、变形复杂,铺设无砟轨道缺少相关的理论储备及应用经验。以铜陵长江大桥为例,对大跨度桥梁铺设无砟轨道的关键技术进行研究,包括无砟轨道结构选型、梁端无砟轨道设计及轨道减振设计。提出高速铁路大跨度钢桥无砟轨道选型原则,完成轨道减振设计;梁端采用抬轨伸缩装置与过渡板设计方案解决梁端伸缩、转角及横向相对位移。     

舰船浮筏隔振特性的有限元分析及试验研究

以一带有浮筏隔振装置的舰船模型为对象，利用ANSYS软件的有限元分析以及试验手段，对其隔振性能进行了研究。将船体与浮筏装置作为一个系统，建立其三维有限元振动分析模型；以降低船体结构振动能量为目标，从基础刚性与阻尼以及隔振器刚度与阻尼等条件出发，对发动机激励作用下的浮筏装置与船体的振动特性进行了分析；通过系统结构参数的优化，探讨了实现良好隔振特性的途径，为舰船的减振降噪设计提供了依据。通过理论和试验两方面的研究与对比，得到有工程应用价值的若干结论。     

实尺度舰船舱内炮弹静爆试验方法

[目的]为提高舰船在舰炮攻击下舱室损伤特性的等效性,更好地反映实船舱内炮弹爆炸对船体结构、设备和人员的毁伤特性,[方法]采用实船舱室模型进行炮弹舱内静爆试验,以得到舱内静爆冲击波的超压、准静态超压、结构应变等数据处理方法,最终得到实验爆源、舱室结构、设备和人体模型的简化方法及设计制作要求。[结果]根据试验结果,总结出局部花瓣破口(Ⅰ)、边界剪切断裂(Ⅱ)和板架大变形(Ⅲ)3种舱室结构的损伤模式及其判据。其中,新提出的损伤模式Ⅰ的判据为爆距小于0.25倍板架宽且爆源能量大于板的弯曲塑性变形能。[结论]该研究将前人总结的矩形板架爆炸变形破损模式进行了拓展,所得结果可为舰船抗爆校核评估与防护设计提供参考。     

大跨度板架屈曲分析的非线性有限元法

大跨度板架作为客滚船、登陆舰等大型船舶的重要结构,其屈曲强度是船舶设计阶段需重点关注的。为了开发实用的屈曲强度分析方法,采用大跨度板架的等效简化结构,应用特征值屈曲分析,寻找结构在线弹性范围内的失稳临界点;采用ABAQUS/Explicit非线性有限元方法(NFEM)、考虑非线性因素,给出大跨度板架屈曲强度分析的理论及破坏分析的一般步骤。分析结果表明:采用简化的梁系结构,应用非线性有限元方法可方便地分析大跨度板架的屈曲问题。     

舰船浮筏隔振特性的有限元分析及试验研究

以一带有浮筏隔振装置的舰船模型为对象，利用ANSYS软件的有限元分析以及试验手段，对其隔振性能进行了研究。将船体与浮筏装置作为一个系统，建立其三维有限元振动分析模型；以降低船体结构振动能量为目标，从基础刚性与阻尼以及隔振器刚度与阻尼等条件出发，对发动机激励作用下的浮筏装置与船体的振动特性进行了分析；通过系统结构参数的优化，探讨了实现良好隔振特性的途径，为舰船的减振降噪设计提供了依据。通过理论和试验两方面的研究与对比，得到有工程应用价值的若干结论。     

悬臂拓扑优化结构强度刚度特性试验研究

本文以舰船舵叶内部钢质骨架结构优化设计为背景,以弯扭复杂载荷作用下悬臂含筋结构响应特性分析为对象,基于渐进结构拓扑优化方法进行计算分析,得到不同载荷作用下拓扑优化后的结构方案。然后采用FDM技术,分别制备了典型悬臂含筋结构及优化方案试验模型,并对不同方案模型强度及刚度特性试验结果进行对比分析,结果表明:拓扑优化方案较典型结构方案质量减轻12.84%,且应力分布更均匀,位移变换更平缓,有效的提高了材料利用率。