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。     

地效翼船主翼结构优化设计

本文利用ANSYS软件,建立了地效翼船主翼结构工程实用的优化模型,根据主翼结构的制造工艺和设计载荷工况确定了关键构件截面的优化设计变量和应力约束条件,以主翼结构最小重量为目标函数进行优化设计,取得了明显的减重效果.在对优化结果可靠性评估的基础上,提出了应力折减系数以修改关键构件的应力约束条件,进行主翼结构的二次优化,提高了优化设计的可靠度.     

基于有限元分析的自升式平台桁架腿选型优化设计

桁架腿作为自升式平台最为常见的桩腿结构型式,其拓扑型式、结构形状和构件尺寸设计对平台结构响应有重要影响。针对这一问题．笔者将有限元分析和数值优化方法有机结合,建立了复杂环境下桁架腿结构的多约束条件的优化模型,应用ANSYS优化模块进行求解。优化过程中,针对两层设计变量耦合困难的问题,分层优化方法。为验证优化模型和方法的可靠性,对某自升式平台桁架腿进行了选型优化设计。优化结果表明,本文采用的优化模型和方法简单实用,优化效果显著,为自升式平台桁架腿的概念设计提供了一种有效工具。     

基于有限元分析的自升式平台桁架腿选型优化设计

桁架腿作为自升式平台最为常见的桩腿结构型式,其拓扑型式、结构形状和构件尺寸设计对平台结构响应有重要影响.针对这一问题,笔者将有限元分析和数值优化方法有机结合,建立了复杂环境下桁架腿结构的多约束条件的优化模型,应用ANSYS优化模块进行求解.优化过程中,针对两层设计变量耦合困难的问题,分层优化方法.为验证优化模型和方法的可靠性,对某自升式平台桁架腿进行了选型优化设计.优化结果表明,本文采用的优化模型和方法简单实用,优化效果显著,为自升式平台桁架腿的概念设计提供了一种有效工具.     

基于相对差商法的大型油船中剖面结构优化

基于DNV规范对大型油船中剖面结构进行了优化设计.针对采用DNV规范进行油船结构设计的特点,确定了作为设计变量的构件尺寸与相邻同类构件尺寸之间的关系,进而建立了较为精细的优化模型,以增强优化效果和实用性.优化方法采用相对差商法,并作了若干改进.算例显示优化后纵向构件总重量减轻了5.54%,表明所建的优化模型和改进的相对差商法在大型油船结构优化方面具有良好的有效性.     

多学科设计优化方法在燃气轮机设计中的应用

提出了基于双循环方法的典型燃气轮机部件多学科可靠性优化设计方法,基于近似技术提升了优化效率,缩减了计算规模。以典型燃气轮机涡轮叶片为例实现了燃气轮机部件基于可靠性的多学科优化设计,与确定性优化设计结果比较,本方法可以显著提高燃气轮机部件设计可靠性。     

基于可靠性的结构优化对绞吸船定位桩应用

移船倒桩系统的定位桩结构是大型绞吸挖泥船的重要结构,是绞吸挖泥船在海上作业的基础性定位设施。目前,国内外对移船倒桩结构系统的研究取得了一定的成果,但主要是静动力分析及安全评定方面。本文基于可靠性的结构优化设计研究,结合绞吸挖泥船的实际工作情况,建立了移船倒桩结构定位桩优化设计模型,确立了随机参数模型,以大型绞吸挖泥船移船倒桩结构为例进行了定位桩基于可靠性的优化设计。算例结果显示了基于可靠性的优化是合理且经济的。     

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.     

双壳散货船结构重量优化设计

提出了船舶结构优化设计的一般步骤,分别对双壳散货船的纵向构件、横向构件、槽形横舱壁三部分建立了结构优化设计的数学模型.采用进化算法,对“漫海“号散货船进行了实例计算,结果表明:经过优化设计,大大减轻了双壳散货船的结构重量,使之与未经优化的单壳散货船十分接近.     

基于进化算法的双壳散货船结构质量优化设计

文章提出了船舶结构优化设计的一般步骤,分别对双壳散货船的纵向构件、横向构件、槽形横舱壁三部分建立了结构优化设计的数学模型.采用进化算法,对"漫海"号散货船进行了实例计算,结果表明经过优化设计,大大减轻了双壳散货船的结构质量,使之与未经优化的单壳散货船十分接近.     

基于SIMP拓扑优化理论的结构概念设计研究

为了探讨机床结构概念设计问题,并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的机床结构设计方法,文中将拓扑优化方法与有限元结合应用于结构概念设计进行了研究。以UG作为CAD造型平台,以ANSYS作为CAE有限元建模和分析平台,采用SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)拓扑优化理论建立数学模型,并应用改进的启发式拓扑优化准则算法进行数学模型的求解,得到经过拓扑优化的结构概念设计的方案模型。文中将拓扑优化方法与CAD/CAE系统进行集成应用于解决船舶舵叶连接法兰面加工专机的升降台的拓扑结构优化。优化结果为结构详细设计阶段的形状优化和截面优化提供设计优化区域和原型。从结构概念设计的结果看出,其优化设计过程较稳定、有效,能够满足工程上概念设计的需要。     

基于动力刚度法与离散方案库的船舶板架结构动力优化设计

文章提出了一种基于动力刚度法和离散方案库的船舶板架结构动力优化设计方法。首先把船舶板架结构分解成由多个离散梁组成的组合结构,使用动力刚度法来分析计算带有机械隔振装置的船舶板架结构的固有频率和动力响应;应用等效静力算法计算结构在动载荷下的应力分布。与传统有限元方法相比较,文中分析方法具有计算精度好、运算速度快的优点。针对船舶板架结构的特点,结构动力优化设计选取纵桁和横向构件剖面惯性矩作为设计变量以减少设计变量的个数,并建立满足构件剖面尺寸搭配关系要求的构件尺寸方案库,在方案库中选择惯性矩大于设计变量取值且剖面面积最小的构件,直接得到结构参数离散值。最后通过船舶板架结构的动力优化实例验证了文中方法的有效性。     

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。     

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。     

基于遗传算法的舰船舱段可靠性优化设计

遗传算法在引入动态自适应策略和"免疫算子"之后,其收敛效率有了较大的提高。对于以可靠性作为约束的随机结构系统优化问题,以罚函数法为基础,构造了有效的约束与目标函数向适应值函数的映射公式。建立合理的安全余量,采用随机有限元法处理结构分析中所涉及的有关参量的随机性,计算结构响应和敏度分析,并进行系统的可靠性计算。通过两种算法的结合,利用自适应免疫遗传算法、随机有限元法及可靠性的基本理论,建立了一套完整的基于遗传算法与随机有限元的结构系统可靠性优化设计方法。对舰船舱段结构梁系截面的优化计算结果表明,算法对多随机因素结构系统的可靠性优化具有良好的收敛效果。     

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。     

舰船典型节点参数化建模及形状优化

给出一种船舶结构典型节点的参数化建模及形状优化方法,利用APDL建立某典型节点参数化模型的方法,将该节点形状参数定为设计变量,节点的应力集中系数作为优化设计的目标函数。通过不断改变形状参数,找出较小的应力集中系数。结果表明,该方法可有效降低应力集中,为舰船典型节点结构设计和优化提供参考。     

大型油船结构优化设计研究进展

综述了大型油船结构设计的特点;从中剖面纵向构件优化设计、横向构件优化设计及横舱壁结构优化设计三方面评述了国内油船结构优化设计的现状;对国外船舶结构优化设计的进展也作了评述;最后指出大型油船结构优化设计尚需进一步研究的若干问题。     

基于拓扑优化和尺寸优化的水下耐压球壳轻量化设计

大深度载人潜水器往往采用开孔耐压球壳作为其主要的承压结构,球壳开孔加强结构的优化设计,对减轻球壳重量,提高球壳承载能力具有重要意义。本文介绍拓扑优化的方法以及耐压球壳优化设计的基本流程,以4 500 m耐压球壳为研究对象,基于Hyperworks和Workbench软件,建立了耐压球壳的有限元模型,进行静力分析,并根据结果对球壳的开孔加强结构进行拓扑优化和尺寸优化,得到最优的加强形式。优化结果表明,优化后的耐压球壳的刚度和承载能力得到显著提高。     

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。