船舶纵向构件疲劳评估的热点应力方法

在中国船级社《船体结构疲劳强度指南》(2001版)提出的用名义应力计算船体结构疲劳强度的基础上,提出了一套对船体纵向构件用热点应力方法进行评估的方法,给出了热点应力的计算有限元模型、计算方法和对应的SN曲线选取的要求。     

舰船船体结构的优化设计研究

舰船结构的优化设计,可以减轻舰船结构的重量,并能合理分布材料。而舰船中间舱段的结构尺度几乎决定了主船体中部近一半舰长区域的船体结构尺度,也影响着其余首尾的船体结构尺度,故舰船结构的优化首先从其入,优化设计计算模型以船体结构重量轻为目标函数,以《规范》等要求为约束条件,以船体主要构件的尺寸为变量,采取分步优化的策略,序列线性规划的方法进行。用Ｃ＾＋＋语言开发了舰船中间舱段优化设计计算程序系统。实例计     

基于多因素耦合的超大型风电安装船设计参数有限元计算与实船参数验证

针对超大型深水海上风机安装平台受到海洋等环境载荷的作用出现应力集中、应力周期性变化等特性,进而导致海上风机安装平台强度失效的问题,需要研究超大型深水海上风机安装平台结构强度各项参数有限元法优化设计方法。提出耦合5因素正交优化的有限元法分析方法,解析自升状态下的船位置点位移与时间变化的关系和结构中薄弱点应力与时间变化,并利用多因素耦合多因素正交优化方法优化超大型风安装船全船结构设计获取参数值,与超大型自升式风电安装船的实际参数进行对比。计算结果表明,参数优化后的自升式风机安装平台作业位置点的位移随时间变化程度和结构弱点的应力时程变化得到改善。研究提出的方法,对于造价昂贵、建造周期长的超大型海上风机安装平台而言,可以有效减少成本,提高船体寿命。     

船体舯剖面结构最优化设计方法及其应用

在船体肿剖面结构设计中，构件的布置，剖面尺寸、板厚、构件数目等都是取整数或按标准选取规格型号，因此，在最优化设计中，设计变量大部分是整数或者规格型号离散型变量。本文在船体结构离散变量最优化设计方法的基础上，作了一些必要的改进与增删。用该离散型复全形法对船体舯剖机面结构的布置，构件尺寸、板厚的确定先进进行了优化设计，取得了很好效果，并编制制了计算机程序（ＹＨＺＰＭ），可在微机上运行。它对结构方案设计     

多型船体主要构件端部肘板在等载荷条件下强度及疲劳寿命的对比

为比较船体主要构件端部不同连接形式的区别,采用MSC_Patran软件[1],通过有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)方法[2],在同等载荷条件下,分别对多型肘板连接形式进行常规强度计算以及疲劳强度计算,得出主要船体构件及肘板上的应力分布和疲劳寿命,进行分析对比.     

基于知识的船体结构快速设计及优化

在确保安全的前提下,快速设计出优秀船体结构并实现快速修改是船舶设计师梦寐以求的目标。文章针对这一目标,提出了基于知识的船体结构快速设计方法,引入船体结构知识本体的概念,将知识工程原理和参数化技术相结合,对船体结构设计知识库的建立进行了研究,实现了船体结构三维快速优化设计。设计中设计船的结构构件位置通过位置参数确定,构件尺寸通过母型知识库并运用NURBS函数插值再结合规范要求获得,对主要结构采用量子行为遗传算法进行优化。实例表明,该方法将设计知识嵌入到船体结构知识本体中,既有助于设计知识的保留和再利用,又能实现对设计结果的自动检查,进而快速获得合理的船体结构。     

复合材料舰船典型舱段在水下爆炸载荷下的动力响应

分析了水面舰艇典型舱段在水下爆炸载荷下的动力响应。用ANSYS建立了典型舱段的四分之一模型,用LS-DYNA计算观察了结构的应力云图以及典型单元处的应力随时间的变化。分别设置船体结构材料为正交各向异性的复合材料和钢材料,且使两种情况下船体分段的重量相当,比较了不同材料船体相同位置的应力大小。改变炸药量的大小,计算水中不同距离处的冲击波峰值压力,并与由经验公式计算的结果作了比较。     

大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法

多学科设计优化(MDO)是解决复杂系统工程问题的有效手段。通过对大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法进行研究,将船体结构设计分为船体横剖面结构布置方案自动生成、船体横剖面结构方案优选、船体结构重量估算3个步骤;根据总体方案提供的主尺度、横剖面外形轮廓和分层分舱等信息,依据骨材(桁材)均匀布置和余量控制的原则,生成船体横剖面结构布置方案,并提出一套参考母型船设计,确定设计船构件尺寸初值的方法;在船体横剖面结构方案优选过程中,采用调用代理模型代替板架有限元仿真模型的方法来减少结构分析的计算时间,并采用组合法获得重量最轻的设计方案。     

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。     

小水线面双体船典型节点抗疲劳设计

小水线面双体船结构形式特殊,结构疲劳问题突出.针对小水线面双体船特殊的结构形式,利用有限元方法对小水线面双体船典型舱段结构应力分布情况进行研究,得到了舱段结构高应力区域所在的位置;对板厚、结构形式、加强方式等影响船体结构节点应力的相关因素进行了详细的比较分析,提出了小水线面双体船典型节点抗疲劳设计方法;并利用该方法对1 350 t典型小水线面双体船进行节点形式优化设计,为小水线面双体船的抗疲劳设计提供参考依据.     

大开口深拖母船全船强度有限元分析

某深拖母船为实现作业功能，在船舯位置设有上下贯通的大开口结构，该结构特性会严重削弱目标船的总纵强度和弯扭强度，因此在针对该开口区域进行详细设计后，还有必要采用全船结构有限元分析方法来评估结构强度和变形水平。通过设计波法得到波浪载荷，计算全船在各种工况下结构的应力、变形结果，总结出该船型的受力特点，并结合全船结构强度直接计算结果，选取的典型节点进行疲劳强度评估，得到各个典型节点的疲劳寿命。计算结果对目标船的结构优化具有参考意义。     

基于PSO-BP神经网络的油船中部结构优化

以舱段质量为目标函数,以相关规范要求的板厚及应力为约束条件,通过灵敏度分析确定设计变量,对油船中部结构优化。构建基于粒子群优化的BP神经网络模型,并代替有限元分析确定应力与设计变量之间关系,从而对舱段进行结构优化。优化后舱段质量降低了4.2%,优化后的有限元分析结果表明满足规范要求,PSOBP神经网络模型在船舶结构优化设计中具有可行性。     

不对称闸墙双铰底板式闸室结构仿真分析

以四川省青居船闸工程为背景,分别采用平面简化法和有限元法对闸室结构进行内力计算,并同原型观测数据进行对比分析,结果显示：简化法较难满足不对称闸墙双铰底板式船闸结构计算的需要,而基于非线性有限元法的计算成果与结构的真实受力状态吻合较好,能反映船闸结构内部最不利的位置、受力状态及其变化规律。     

船闸设计通过能力的不确定性分析

船闸规划通过能力是确定船闸建设规模和标准的重要依据。由于在船闸规划阶段对船型、船闸上下游水位差以及货物流量、流向等3个关键参数选用与实际情况通常存在较大的偏差,导致预测结果出现严重的偏离,存在较大的不确定性,从而影响到船闸规模和布局论证的准确性。以江苏某船闸实际运行数据为例,运用船闸设计规范推荐的通过能力计算方法,对船闸上述3个参数在规划设计和实际运行两个不同阶段的差异进行分析对比,并对停泊条件做了符合性验算。结果表明:船闸设计参数对船闸通过能力分析结论影响巨大,按规范推荐船型和水位组合计算的船闸通过能力结果严重偏保守。在船闸规划设计阶段应该对船型及水位组合做进一步分析论证,才能提高船闸通过能力规划的准确性。     

横向载荷作用下小水线面双体船结构校核与优化

采用有限元仿真方法对一艘新型小水线面双体船进行强度校核，研究该船形在横向载荷作用下的结构强度和应力分布特性，进而给出结构优化设计方案，在确保结构安全的基础上达到严格控制重量的目的，形成的校核流程方法及优化设计方案可为同类船舶提供设计与校核指导。     

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。     

风流主导因素下码头轴线方位优化

码头轴线方位角直接影响系泊船舶对码头结构作用的大小,从而影响结构设计要求,因此对码头轴线方位角进行优化分析十分必要。基于实际工程算例,提出风流环境荷载作用下码头最优方位角的确定方法即分层流要素确定法,并与设计中常用的垂线平均流向法、船舶吃水范围平均流向法进行比较分析。同时,研究船舶荷载的主导因素与流速及码头方位角之间的关系。结果表明：３种方法优化得到的最优方位角是有区别的,区别大小与流速分层要素分布关系密切,鉴于分层流要素法更能贴近实际流状态,对于大型开敞式码头结构,推荐采用分层流要素分析法综合确定码头轴线最优方位角。     

Development of a finite element modeling system for ship structures

In ship structural design, many structural analyses by the finite element method are carried out on models at several different scale levels; for example, a whole ship, cargo hold parts, and detailed structures. However, one serious problem with this design and analysis process is that the generation of the finite element models for a complex configuration is very difficult and laborious. To overcome this problem, an object oriented, finite element modeling system, MODIFY, has been developed by the authors. In this paper, the concept of the finite element modeling system and the techniques for the construction of the system are explained. First, the object oriented data structure of the system, based on the Part-Object concept, is proposed. In this concept, not only the geometry of the domain but also the analytical conditions, such as boundary conditions and material properties, and the finite element model, are represented by the object oriented data structure. By using this data structure, effective finite element model generation can be expected. Second, a mesh generation algorithm based on the frontal method is described. The original frontal method by S.H. Lo was improved for application to three-dimensional curved surfaces. A new inner node placement technique to make quadrilateral elements around stress concentrated areas is also proposed. These techniques are suitable for ship structures, and more accurate results from the finite element analysis can be expected. Moreover, the parallel mesh generation is implemented in MODIFY by using the client-server concept to accelerate mesh generation. Third, a prototype system for the automatic finite element model generation for different analysis levels is proposed. The system is based on the concept of the PD part, which is the part in the design and production stage, and automatic computing of the intersection between PD parts. The validity of this system is demonstrated by some examples.     

基于正交设计与 BP -GA 算法的船体结构耐撞性能优化设计

船体结构耐撞性优化设计的主要目的是在船舶碰撞研究的基础上对结构进行优化设计,提高船体结构的耐撞性能。基于正交试验设计、BP神经网络和遗传算法,形成了船体结构耐撞性能优化设计方法。提出了一种耐撞性综合指标,并以此指标作为优化的目标函数,以结构质量为约束条件,利用MSC/Dytran有限元软件对船舶碰撞进行数值仿真,完成对某船舷侧结构进行耐撞性优化设计,结果表明优化过后结构耐撞性能有较大提高,这为结构耐撞性能优化设计提供了一种新的思路和方法。     

基于统一关联模型的船舶总体设计平台研究

船舶设计的复杂性决定了在设计过程中必须经过大量反复的设计、分析、试验与评估,以验证设计结果的合理性,实现综合设计的优化。为满足船舶设计过程对设计、分析集成的需求,以知识工程作为指导思想提出了设计与分析的统一关联模型,以模板技术为开发思路形成了船舶总体设计平台体系架构,突破了相关关键技术,建立了船舶总体设计平台,并分析了平台的各功能模块,经过初步应用效果良好,对改变传统设计手段,提升设计效率具有重大意义。