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。     

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。     

基于参数化模型的船舶圆柱売结构声学优化分析方法

复杂圆柱壳结构是船舶结构的主要形式,建立其快速声学优化分析方法对促进船舶结构声学设计, 实现“分析驱动设计”理念具有重要价值。基于隐式参数化建模方法,建立船舶复杂圆柱壳结构参数化模型库,提出基于参数化模型的船舶圆柱壳结构声学优化分析方法,解决了分析流程中数据自动传输、软件调用和变量控制等问题。算例结果表明所提方法是合理的,初步满足船舶复杂圆柱壳结构声学优化设计需求。     

一体化复合材料上层建筑结构设计优化

先进复合材料因其具有高的比强度和比刚度而在工程结构中被广泛应用。对于大型船舶的轻型上层建筑结构来说,不仅能降低整船重量还能提高船舶的稳性。论文采用有限元方法,结合参数化建模,用蒙皮厚度、芯材厚度等6个变量作为设计变量开展优化设计,并用一阶方法搜寻最优解。与钢制上层建筑相比,在不考虑连接件的情况下复合材料上层建筑能达到减重30%的目标。用扫描法考察设计变量的变化对结构总体性能的影响,给出各设计变量优化时的优先级,为大尺度复合材料上层建筑初步设计提供参考。     

船舶肘板拓扑优化设计

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

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。     

船舶肘板拓扑优化设计北大核心CSCD

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

多目标模糊优化在船舶结构设计中的应用

船舶结构设计的科学性决定了其强度、刚度等机械特性,也决定了船舶的航运能力。传统的船舶结构设计往往无法对非确定性因素(比如变化载荷、鲁棒性等)进行全面的考虑,一旦初始设计变量出现小幅度变化,设计结构的可行解就有可能成为非可行解或者偏离解。本文针对船舶结构设计出现的多变量、多目标问题,结合多目标模糊优化算法和有限元分析等技术,提出一种船舶结构设计的多目标优化方法。     

风帆助航船舶直线航迹跟踪的自适应非线性迭代滑模控制

针对风帆助航船舶易受风、浪等因素的影响产生航线偏离的特点,提出一种自适应非线性迭代滑模直线航迹跟踪控制方法。该方法利用双曲正切函数设计系统状态的非线性迭代滑动模态,采用模糊系统对滑模控制参数进行优化,增强控制器的自适应能力。通过定义一种控制量抖振测量变量和自适应启发评价函数,对模糊系统的结构参数进行在线调整,很好地抑制控制量的抖振。将该控制器应用到风帆助航船舶直线航迹控制领域中,结果表明,该控制器能有效地处理风、浪等外界扰动,跟踪控制性能良好,具有较强的鲁棒性。     

遗传学算法在船舶航线自适应控制器中的应用

为了提高大型海上运输船在复杂海上交通条件的航行能力和运载能力,研究船舶航线自适应控制器具有重要意义。随着船舶结构和功能的复杂化,船舶航线控制的准确度和可靠性的难度越来越大。本文系统介绍遗传学算法,并利用该算法的自适应搜索能力和参数优化技术,设计和优化船舶航线自适应控制器,提高其控制精度和鲁棒性。     

船舶最小回转半径

本文确定了动稳定船舶的最小定常回转半径,进而就可把最优化方法应用于船舶操纵性设计中去。 基于线性化操纵运动方程,在优化过程中,把船体诸形状参数和舵面积作为设计变量,把回转性指数的倒数作为目标函数,把动稳定准则c′作为优化的约束条件。 根据计算结果,本文清晰地阐明了船体某些形状参数及舵面积的变化对最小回转半径的影响。     

海上船舶物联网监测拓扑结构可靠性设计与优化分析

物联网在船舶中的应用对船舶航行的安全、管理和运行效率均具有重要意义。本文在分析船舶物联网分布结构的基础上,设计了基于九点基准监测面的监测系统拓扑结构,并对拓扑结构的参数进行量化分析。为解决簇头节点的失效问题,提出了冗余节点的策略,以船舶监测系统的可靠性为准则进行仿真试验,得出了船舶监测系统拓扑结构的最优参数。     

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CATIA的舵杆CAD/CAE一体化设计

船舶舵杆结构是舵装置的重要组成部件,其结构性能关系到船舶的航行安全性。为提高舵杆结构设计效率,以某舵杆为例,在CATIA(Computer Aided Three-dimensional Interactive Application)零件模块中对舵杆进行三维参数化建模,以其内径为设计变量,通过工程数据链接,将舵杆三维参数化模型导入CATIA结构分析模块中进行优化计算。仿真计算结果表明,采用该方法可实现舵杆在CATIA平台上的CAD(Computer Aided Design)/CAE(Computer Aided Engineering)一体化设计,在满足结构强度要求的条件下,优化后舵杆的重量相比优化前减小12.5%。     

船舶结构优化新方法——基于考虑敏感性的缩放有限元法

文中研究了大开口船舶结构的优化设计过程,借助用于应力研究的缩放有限元方法,以期达到减少计算工作的目的。为了处理缩放区域中结构各部分的设计变量的影响,利用设计变量的敏感性来计算缩放有限元分析的边界条件。从整体分析到缩放分析中使用不同的网格形式是可能的;同时要检验优化过程中网格精度带来的影响。研究结果表明,应力分析的精度提高了,这导致更为合理的船舶结构优化。     

基于神经网络的船舶空调设计参数优化

针对当前船舶空调设计参数优化精度低的问题,以提高船舶室内舒适度为目标,提出了基于神经网络的船舶空调设计参数优化方法。首先对影响船舶室内舒适度的空调参数进行分析,将其作为神经网络的输入,采用船舶室内舒适度为神经网络的期望输出,然后通过神经网络的自适应和学习能力,对空调参数和船舶室内舒适度之间的关系进行非线性映射,建立船舶空调设计参数优化模型,最后采用Matlab编写船舶空调设计参数优化程序进行仿真实验,结果表明,神经网络可以获得船舶空调设计参数最佳组合,提高了船舶空调设计参数的优化精度,改善了船舶室内舒适度,最大程度发挥了船舶空调作用。     

基于规范计算的油船中剖面优化设计

为降低船舶造价，最大限度地实现船舶的轻量化设计，基于船体尺寸优化的思想，以油船中剖面结构为研究对象，采用法国船级社规范计算工具Mars2000对油船中剖面进行结构定义和载荷计算，通过优化分析软件ISIGHT集成设计变量、约束条件、目标函数，建立参数数据流；开发基于协调共同结构规范（Harmonized Common Structure Rules, HCSR)计算的船舶尺寸优化系统，获得油船中剖面结构设计方案。优化后中剖面面积比原始设计减少6.4%，实现油船的轻量化设计。     

基于量子行为遗传算法的船体局部结构优化设计

采用遗传算法解决船舶复杂结构中混合设计变量优化问题时,其效果很有效,且能获得全局最优可行解。然而,简单遗传算法局部搜索能力差且易于早熟。为了提高对船舶复杂结构设计变量解空间的搜索能力,该文设计了一种基于二进制编码的适用于混合变量的量子行为遗传算法,比较适合于复杂函数的全局寻优,且搜索能力优于标准遗传算法。通过三个算例对算法的寻优能力进行测试,实验结果表明,采用量子行为遗传算法进行的船体局部结构优化设计具有较好的计算质量与计算效率。     

船舶机舱纵向构件承载强度的建模与分析

船舶机舱纵向构件多级承载强度研究效果不理想,不能有效提高船舶安全性。提出一种船舶机舱纵向构件数字化模拟的承载强度分析方法。该方法对船舶机舱纵向构件结构静动力风荷载和位移方程进行计算,得到纵向构件结构的风振方程,再对结构振型的位移函数进行构造,以船舶机舱纵向构件承载总重作为设计变量和优化目标。实验结果表明,该方法能对船舶机舱纵向构件多级承载强度进行建模分析,同时对相关设计优化具有重要的指导作用。     

船舶结构混合变量优化的遗传算法

本文针对船舶结构优化设计中普遍存在的混合离散变量现象，对遗传算法进行了若干探讨和改进，以直接获得实用的最优解。通过两个船舶结构优化的算例，验证了本文方法的有效性。