船底板架重量的优化

本文以某一货船的底部板架作力参考板架,进行重量优化,探讨了纵桁数目、肋板数目、许用应力、纵桁位置等因素对板架最小重量的影响,对约40个板架设计作了优化计算。在文中采用了新的板架计算方法和新的非线性规划方法。计算表明,对板架的最小重量存在着最佳的纵桁数目和最佳的肋板数目,而设计应力稍加提高,有可能节省较多的重量。     

复合材料在护卫舰上层建筑中的应用潜力

现代军舰设计要经过各种矛盾的无数次综合平衡，这比民船设计更加明显，这些矛盾包括武器装备、航速和稳性。单体船的横稳性主要取决于重心和水线面宽度，而船在水中的阻力与水线面宽度成反比。也就是说，高航速与低燃油消耗要求有细长的船体，细长的船体又要求有低的重心。采用轻型上层建筑可以满足上述要求，而应用复合材料是其中的一个选择方案。对有同样功能的现代护卫舰分别采用钢结构上层建筑和复合材料上层建筑的性能进行了比较，其中包括承受波浪载荷、武器载荷和爆炸冲击波载荷的结构性能、防火性能、雷达反射特征、电磁屏蔽、红外辐射特征和热绝缘。同时还比较了护卫舰采用这两种材料的重量和费用。     

复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度研究

随着复合材料船舶建造尺寸越来越大,结构极限强度评估具有重要意义。本文基于后屈曲理论,通过渐进失效分析方法对复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度展开研究。首先通过与相关复合材料层合板试验及数值仿真结果进行对比,验证了本文渐进失效分析方法的准确性。然后,以复合材料夹层板架结构作为船舶上层建筑并考虑其受力特性,对具有初始缺陷且在轴向和侧向压力同时作用下的复杂受力状态的夹层板架结构进行计算,得到夹层板架结构的首层失效强度以及最终承载能力,并对失效位置做出预报。     

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。     

海港高桩码头结构维修技术应用*

针对海港高桩码头结构维修技术优化决策问题,通过调查高桩码头典型病害类型,结合各种常用维修方法的适用特点,考虑海洋环境下高桩码头维修技术的要求,提出6种维修技术组合,根据各组合所需时间、费用以及保用时间得到维修效率值,以对维修方案进行决策。最后通过惠州某码头的维修案例,分析采用不同技术组合的维修效果和经济性,验证以维修效率进行维修方案决策的正确性。     

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。     

船舶板梁组合结构的振动分析

采用Ｍｉｎｄｌｉｎ板单元和参考轴杆单元,建立了考虑板剪切变形、骨架剪切变形和骨架偏心影响的船舶板梁组合结构振动分析模型,并研究比较了不同船舶板梁组合结构振动分析有限元模型的计算精度。最后通过对某舱室甲板固有频率计算值和实测值的比较,讨论了船舶局部结构振动分析中边界条件处理问题。     

夹芯复合材料在潜艇声隐身结构中的应用及其相关技术研究

潜艇的声隐身问题一直是研究的热点，各种新的声学材料和结构不断涌现。首先对复合材料在潜艇声隐身结构中的应用情况进行了分析，对其材料、结构形式、作用效果等方面进行了详细阐述，提出了夹芯吸声复合材料作为水下声隐身结构的发展趋势。然后利用数值计算的方法，对夹芯复合材料的声学性能进行了分析，得到了夹芯复合材料各层材料参数，如厚度、声特性阻抗和损耗等对声学性能的影响规律。最后，评估了典型局部结构壳板应用夹芯复合材料后的力学性能和声隐身性能。结果表明，潜艇非耐压结构的壳板采用夹芯复合材料可以满足结构的力学要求，与钢结构相比声隐身能力得到提高。     

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。     

水介质中复合材料壳板结构的声学设计

将复合材料壳板代替钢质壳板，建立了复合材料壳板结构的水中声学计算模型。从水声波动学方程出发，推导了不同终端边界条件下的传递矩阵、声反射系数和吸声系数，并通过试验研究证明了运用传递矩阵法进行声学设计的可靠性；考虑表层阻抗，吸声层厚度、损耗因子，及水层厚度的影响，应用数值方法对水中复合材料壳板结构进行了声学设计，分析了各参数对结构反射系数和吸声系数的影响规律。     

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。     

V型无压载水油船货舱中横剖面拓扑优化

为了优化V型无压载水油船的中横剖面结构，得到更加合理的结构型式，利用变密度法对其进行拓扑优化。选择合适的优化设计区域，以分段重量为约束条件，同时考虑实际生产建造工艺特点，以柔度值最小（即刚度最大化）作为目标函数建立拓扑优化数学模型。同时分析确定优化设计区域初始厚度不同对优化设计的影响，得到载荷的最佳传递路径。最后参考拓扑优化的结果得出新的强框架型式。结果表明，优化后的刚度较之前提高了6.8%，是更加合理的结构型式。对V型船中横剖面进行拓扑优化可在质量不增加的前提下提高其结构性能。     

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.     

舰船复合材料防护结构的选择与优化

为选择与优化舰船复合材料防护结构,根据陶瓷材料的密度小、强度大、硬度高、抗冲击性能良好等特征,建立以金属为面板的金属/陶瓷复合材料和以陶瓷为面板的陶瓷/金属复合材料结构模型,研究复合材料层合板在爆炸冲击载荷下的抗冲击性能,陶瓷/金属复合材料的抗爆炸冲击性能远远优于金属/陶瓷复合材料的抗爆炸冲击性能。在此基础上,考虑复合材料层合板在防护结构中的位置,讨论不同结构参数对防护结构爆炸冲击性能的影响。研究结果表明,当复合材料层合板设置在空舱外板时,舰船的抗爆炸冲击性能相对较优。     

舰船复合材料防护结构的选择与优化

为选择与优化舰船复合材料防护结构,根据陶瓷材料的密度小、强度大、硬度高、抗冲击性能良好等特征,建立以金属为面板的金属/陶瓷复合材料和以陶瓷为面板的陶瓷/金属复合材料结构模型,研究复合材料层合板在爆炸冲击载荷下的抗冲击性能,陶瓷/金属复合材料的抗爆炸冲击性能远远优于金属/陶瓷复合材料的抗爆炸冲击性能。在此基础上,考虑复合材料层合板在防护结构中的位置,讨论不同结构参数对防护结构爆炸冲击性能的影响。研究结果表明,当复合材料层合板设置在空舱外板时,舰船的抗爆炸冲击性能相对较优。     

复合材料船体结构可靠性分析

本文综合考虑了复合材料本身及外载的多处不确定因素，首次对复合材料船全校 强度、可靠性问题进行了较全面的研究，考虑了多种失效模式并对复合材料结构本身的各随机变量的分布规律进行了统计分析。给出了一硬壳式下班钢艇的实例计算并分析了各种参数对船体结构可靠性的影响，得到了一些很有实际应用价值的结论。     

供采办决策的航空母舰全寿期费用分析

美国海军最近为确定下一代航母的特点和采办策略做准备进行了备选方案分析研究。所选择的平台设计预计要在整个21世纪使用。新航母设计方案在推进和发电，航空，生命力，服役期降低总拥用等方面考虑有所变化。费用可承受能力是最首要的问题，航母全寿期费用分类结构部分是根据最近的海军／造造厂联合生产组确定的总拥有费用研究结果得出的，备选方案分析中利用费用分类结构作为工具，来确定费用的决定因素，并在费用方程中加进了时间因素，以进行投资回报和项目可承受性分析。舰船工程分类的扩展结构（ESWBS）已成为备选方案分析的费用工程分类结构的主干。ESWBS结构是设计和工程部门工作的主框架，它构成了舰船重量估算的基础，多年来已广泛应用于舰船采办费用的估算。     

复合材料船体纵向极限强度可靠性分析

把船体甲板或船底板结构视为是一系列加筋板单元的组合，然后利用复合材料梁柱理论计算船体加筋板单元构件的极限承载能力，最后用Smith法计算复合材料船体的极限承载能力。由于复合材料船体纵向极限强度的极限状态方程不能简单地用船体各参数显式表达，故将近年发展起来的响应面法与JC法相结合，对复合材料船体纵向极限强度进行了可靠性分析。并讨论了影响船体纵向极限强度可靠性各变量的敏感性。     

复合材料加筋夹层板动力学固有特性影响因素分析

以复合材料加筋夹层板为研究对象,基于有限元分析,对不同加筋结构方案、加强筋不同宽高比以及不同加强筋芯材对其固有振动特性的影响规律进行了研究。在总重量相当条件下,对比分析了一字型、十字型、卄字型及井字形等四种不同加筋结构方案夹层板的静刚度特性及固有振动特性;以一字型加筋板为研究对象,以加强筋横截面面积为优化约束条件,研究了不同宽高比加强筋对加筋板固有振动频率的影响;对比探讨了一字型加筋板中加强筋芯材弹性模量的变化对结构固有振动特性的影响规律。结果表明：适当选择加筋形式、加强筋宽高比以及加强筋芯材能够有效提高复合材料加筋夹层板的静刚度特性及固有振动特性,为复合材料夹层板的工程应用与改进提供了参考。     

油船菱形耐撞结构研究

借鉴菱形抗爆抗冲击舷侧结构形式,进行系列数值仿真实例计算,对比分析菱形舷侧结构和传统形、Y形以及三明治夹层板舷侧结构的耐撞性,探讨菱形角度、高度和厚度对耐撞性的影响,仿真结果表明,菱形结构形式可以提高油船舷侧结构耐撞性,而且最佳尺度组合使其耐撞性最优,在此基础上得出最佳菱形角度和高度。