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。     

计算机辅助船舶概念设计关键技术与发展趋势

船舶概念设计对船舶的全寿命周期起着决定性作用。加强计算机辅助船舶概念设计研究势在必行。针对当前的计算机辅助船舶概念设计研究现状,分析了船舶概念设计的特点和计算机辅助概念设计的关键技术,探讨了计算机辅助船舶概念设计的发展趋势。     

计算机辅助船舶轮机舱概念设计

轮机舱概念设计是船舶设计中最重要的任务之一,而概念设计又是产品设计中首要步骤,也是最富有创意的步骤.计算机辅助船舶轮机舱概念设计能规范轮机舱概念设计过程,并在各种约束条件下优化概念设计方案.本文详细叙述了轮机舱概念设计信息建模,原型系统的主要功能,各功能模块的设计开发方法和步骤以及应用示例.     

基于组合赋权TOPSIS法和粒子群的船舶概念优化设计

船舶概念设计阶段,需要初步给定多组船型参数方案并从中优选出客观合理的某一方案。本文建立以船舶造价、螺旋桨总效率、相对回转直径为目标的船舶概念设计优化数学模型。将Li提出的最小-最大适应度多目标粒子群优化算法应用于求解船舶概念设计多目标问题以获得Pareto解集。分析主观赋权和客观赋权的优劣,提出借鉴专家经验和信息熵权的主客观组合赋权TOPSIS法,借助Matlab软件对所求Pareto解集进行方案排序。算例表明,maximinPSO在求解35 000 DWT散货船概念设计多目标优化能获得均匀分布的Pareto前沿,基于组合赋权的TOPSIS策略能给出客观、合理的决策序列。该方法可应用于船舶优化等领域。     

产品动态全息概念设计模型的研究

产品概念设计及其建模研究有力地支持了创新设计和并行工程的研究和应用,而产品建模又是设计和制造的基础.通过研究多个产品建模方法,提出了产品全生命周期动态全息模型的概念,该模型强调了在概念设计阶段产品数据和应用环境相互作用,并初步分析和研究了产品全生命周期中各过程相互作用以及实例化的产品模型的动态完善.这些研究对产品概念设计阶段的方案创新极为重要.文中介绍了基于该模型开发的计算机辅助船舶轮机舱概念设计原型系统.     

计算机辅助船舶轮机舱概念设计

轮机舱概念设计是船舶设计中最重要的任务之一，而概念设计又是产品设计中首要步骤，也是最富有创意的步骤。计算机辅助船舶轮机舱概念设计能规范轮机舱概念设计过程，并在各种约束条件下优化概念设计方案。本文详细叙述了轮机舱概念设计信息建模，原型系统的主要功能，各功能模块的设计开发方法和步骤以及应用示例。     

船舶概念设计阶段多学科和多目标优化研究

船型设计之初,设计者往往会通过船舶多个学科的分析,并从很多船型方案中进行选择比较.该文基于多学科设计优化(MDO)的框架,采用多目标进化算法和决策技术的运用,讨论了船舶概念设计阶段的综合性能优化问题.将船舶总体概念设计按MDO的要求分解为系统控制层和5个子系统,考虑了排水量、综合效率、相对回转直径和造价等多目标函数,采用改进的非支配解排序的多目标进化优化算法(NSGA Ⅱ)和多学科可行解方法(MDF)求出Pareto最优解.然后用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)对这些Pareto解进行选优.应用文中的方法,对35 000吨载重量的油船进行了概念设计分析.数值算例表明,综合多学科设计和多目标优化以及决策,能够有效、客观选择合理的船型和主尺度参数.     

产品动态全息概念设计模型的研究

产品概念设计及其建模研究有力地支持了创新设计和并行工程的研究和应用，而产品建模又是设计和制造的基础，通过研究多个产品建模方法，提出了产品全生命周期动态全息模型的概念，该模型强调了在概念设计阶段产品数据和应用环境相互作用，并初步分析和研究了产品全生命周期中各过程相互作用以及实例化的产品模型的动态完善，这些研究对产品概念设计阶段的方案创新极为重要。文中介绍了基本原则于该模型开发的计算机辅助船舶轮机舱概念设计原型系统。     

基于目标分流方法的船舶概念方案多学科设计优化

[目的]船舶概念设计是通过多个学科分析、协调从而得到综合优化概念方案的过程,也是一项技术难度大、涵盖范围广泛的复杂系统设计问题。同时,与船舶单个子学科技术的迅速发展相比,船舶总体设计优化方法发展相对缓慢。[方法]在阐述船舶分解与协调策略的基础上,采用解析目标分流方法(ATC),以某油船设计为例,建立由浮态与稳性、阻力与推进(快速性)、操纵性、舱容、经济性共5个学科组成的船舶概念设计优化数学模型,探讨船舶概念设计阶段的总体设计优化问题。[结果]数值算例表明,解析目标分流方法可以较好地解决船舶总体设计学科间复杂耦合所带来的计算困难,具有良好的稳定性与收敛性,[结论]可有效支撑船舶的总体设计优化。     

SEDS在船舶电力推进系统设计中的应用

电站是船舶电力推进系统中最重要的环节之一,借助SEDS平台,分析了不同电站配置方案对船舶电力系统的影响,为数字仿真应用于船舶电力系统设计提供了思路.     

水面舰船电磁兼容性数字化设计方法——舰船EMC辅助量化设计平台

随着对现代舰船作战能力需求的大幅提高,舰载电力电子设备配置方案日趋复杂,舰船隐身性、集成性与电磁兼容性(EMC)成为论证和设计的焦点,EMC论证和设计迫切需要向数字化、精确化和智能化方向发展。提出了舰船EMC数字化设计方法,定义并阐述了EMC顶层量化预设计概念和内涵,提出了设备EMC指标设计和预检验方法以及EMC设计流程,并对进行EMC辅助设计的数字化平台功能需求进行了分析。在此基础上,提出了"舰船EMC辅助量化设计平台"框架。该设计平台基于数字化预测的仿真系统,能在一个统一的平台上帮助论证和设计人员解决舰船EMC论证和设计中指标量化、方案优选和定量评价难题,将成为舰船实现EMC数字化论证和设计不可或缺的手段。     

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。     

基于数字孪生的舰船蒸汽动力总体模型框架研究

[目的]为了实现舰船蒸汽动力系统的数字化、网络化和智能化,提出一种总体数字孪生模型应用体系。[方法]从物理对象、过程要素、生命周期及虚拟空间这4个维度,提出基于数字孪生的舰船蒸汽动力系统总体“四维思想模型”,并创建总体全生命周期的“五阶体系模型”,涵盖概念论证、系统设计、总装建造、试验试航及运维保障这5个典型的阶段。通过引入大数据、物联网、云计算、人工智能和基于模型的系统工程等先进技术,形成由物理层、接口层、数据层、模型层、调度层、功能层及应用层组成的舰船蒸汽动力系统总体数字孪生“7层架构模型”。[结果]舰船蒸汽动力系统虚拟设计分析及试验平台的验证结果表明,数字孪生体系框架可以有效支撑系统方案设计、操作运行分析及试验方案评估,从而实现舰船全生命周期中物理空间与虚拟空间的交互协同。[结论]研究成果可为舰船蒸汽动力系统的总体数字化设计提供参考。     

多学科设计优化方法用于船舶设计

为了提供更好地满足不断提高的军方和商业市场需求的产品.现代船舶设计需要获得真正的最优设计.它需要综合考虑所有学科以及它们之间的相互关系.船舶设计中涉及到的学科数目是如此众多,它们之间的相互关系是如此复杂以至于需要寻求一种新的设计技术来替代传统的设计螺旋方法.多学科设计优化(MDO)方法正是一种新的广泛应用于复杂工程系统的设计方法.在本文中,我们主要介绍了中国船舶科学研究中心将MDO应用于船舶设计的研究情况.我们应用iSlGHT软件集成美国弗吉尼亚大学公布的CGX设计模块来演示将MDO方法应用到船舶设计的整个过程,获得了比他们更优化的解.CGX模块也用来说明我们提出的子系统划分的概念.最后,基于我们的研究经验,我们也总结了一个在船舶设计中应用MDO方法的一般应包括的内容.     

海上装配式混凝土石油平台设计

以渤海湾某油田为例,针对海油陆采一体化技术所需平台的功能要求,基于我国水运工程规范体系及现状技术水平,提出一种适用于油田开采的新型装配式混凝土平台结构方案,并对平台的结构设计理念、规范适应性研究、设计方案、施工船机配置、平台弃置等进行研究,可为类似海上大型平台结构提供借鉴。     

大型自航抓斗疏浚船总体设计研究

以远海疏浚作业要求为依据,开发一艘应用于远海开敞海域作业、最大挖深为80m的200m3级大型自航抓斗疏浚工程船,整理分析了南海海域风、浪、流环境条件统计数据,确定了该船在开敞水域有效作业的设计环境要素,介绍了船舶总体设计方案、主要性能及主要设备配置,采用数值模拟方法完成了该船在不同锚泊定位方式下的水动力性能计算,对其在远海开敞海域的环境适用性进行了分析。     

基于DFMA理念的船体结构设计

分析了面向制造和装配的设计思路,结合多个详细设计和生产设计案例的分析,强调了在船舶设计领域推行DFMA的重要性。     

民船机舱标准化设计应用

以常规民船项目为试验平台,选取技术含量较高和设计难度较大的机舱区域作为试验对象,突破产品标准化限制,从主体结构设计、关键系统布置方案设计、功能性舱室设计、简单设备型式设计和单元模块设计等方面入手,进行标准化设计探索,并进行实船验证。研究表明,方法类的标准化设计可快速解决船型间的共性问题,使设计简单化,效率和质量显著提升。     

船舶整体装潢设计研究

论述了船舶整体装潢设计目前的发展现状、设计内容与特点,以及未来发展提高的方向,指出了船舶整体装潢设计是个大系统工程,牵涉到船舶工程设计与施工的方方面面,只有在保证全船总体性能的前提下,将船舶装潢与结构、暖通、照明、防火、隔音、减振等技术结合起来进行综合优化设计,才能获得较好的设计结果,使得船舶的整体装潢设计美观、居住舒适而建造维护成本低廉。做好全船整体装潢设计的关键是首先必须建立合理的总体规划,再结合船舶内装潢设计和外装潢设计的不同特点进行具体有效的设计。