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。     

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。     

开孔群式上层建筑一体化船型多重突变结构计算分析

从开孔群式上层建筑一体化船型存在的阶梯型断层式上层建筑、密集大开孔群和左右舷外板不对称等多重突变结构出发，借助三维有限元分析技术，以船体梁横剖面惯性矩和船底外板剖面模数等船体梁剖面固有特性参数为设计切入点，探讨多重突变结构对船体梁总纵强度设计的影响和各甲板层构件对船体梁剖面惯性矩的贡献。此类船型大多负有在高航速、高海况条件下开展临危作业的使命，因此从工程实际的角度实现总体装载与船体结构设计的互动反哺式设计是首要任务。基于船体梁剖面惯性矩贡献的船舶设计方法可为此类船型的工程设计提供参考。     

考虑到构件剖面减缩后的舯剖面设计

本文是为在用计算方法设计船体舯剖面对提供了考虑纵向构件剖面减缩的影响后的设计方法。文中对构件减缩的各种情形分别按纵骨架式和横骨架式,第一类构件和第二类构件等,应用了面积补偿原理来决定了考虑减缩系数后的构件的尺寸,并能正好满足原设计要求。从而得到了决定各类构件新的尺寸的计算公式和相应的数值表或曲线。对于必须考虑初挠度和横荷重影响的横骨架式壳板,还绘制了包含有初挠度和横荷重在内的m—a曲线,以便在设计计算时应用。最后,应用研究梁材剖面的微分法原理来合理调整新的构件尺寸,以便更能充分地发挥材料的作用。     

考虑声辐射特性的船舶板架结构动力优化设计

提出了一种基于导纳法和遗传算法的船舶板架结构动力优化设计方法,将板架结构分解成由薄板与梁在相应连接节点处耦合的组合结构,利用其导纳公式推导出带有隔振系统的板架结构在任意位置简谐力激励下的弯曲振动响应,并与边界元法相结合,分析计算板架结构的声辐射特性。数值计算表明,只需取较少的耦合节点即可得到较好的计算精度,避免了大量的有限元计算。在此算法的基础上,使用遗传算法进行考虑声辐射特性的板架结构动力优化设计。为提高优化收敛速度,针对船舶板架结构的特点,选取纵桁和强横梁剖面惯性矩作为设计变量,减少了设计变量的个数,并建立满足构件剖面尺寸搭配关系要求的、经过优选的剖面尺寸方案库,便于获得满足约束条件的离散优化解。一个船舶板架结构的动力优化实例验证了方法的有效性。     

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。     

中型集装箱船结构设计模块化研究

介绍了系列集装箱船结构模块设计的方法。将船体构件分为标准构件与可变构件两工对可变构件进行规范计算，可提供６艘集装箱听中剖面资料。     

基于船级社规范的船体主要构件剖面设计方法

船级社规范对船体主要构件的最小剖面特性做出了要求,但却并未给出剖面尺寸的具体计算公式,这为实际应用带来了一定的困难。针对这一问题,基于CCS钢规对主要构件的剖面特性要求,结合型材剖面设计理论,建立剖面具体尺寸的确定方法。算例结果表明,通过该方法设计出的主要构件,其剖面特性仅比规范要求的最小值稍大,从而可避免材料浪费。     

船体梁的极限强度分析

沿用Cadewell直接计算极限强度的方法，基于有限元的计算思想，将结构离散化为由横向构件和垂向构件所组成的结构，然后利用船体梁在破损时的应力分布，精确计算了船体梁的极限强度，并对加筋板受压时可能出现的5种屈曲形式作了分析，给出了考虑这5种屈曲模式的加筋板极限屈曲强度的公式；以某大型散货船为例，对船体的极限强度进行了评估，结果表明该方法是简便、可靠、实用可行的。     

厚壳式玻璃钢船体板的静、动态响应分析

本文将厚壳式玻璃钢船体板视作层合板,借助层合板理论,分别导出了按特殊正交各向异性,反对称正交,反对称角铺设的厚壳式玻璃钢船体板的刚性、挠度、应力、屈曲压力和固有频率的计算公式。本文将m、n视作整型变量,采用整数规划的方法,求得了真正的最小屈曲压力和最小固有频率值。     

浅谈钢质有限航区海船船体构件尺寸的折减

钢质国内航行海船有限航区船体构件尺寸的折减方法，规范表述容易引起岐义，本文通过以单底海船实肋板的剖面模数计算为例，提出合理的规范折减方法。     

极地重型破冰船结构设计特点浅析

极地重型破冰船是极地航路开辟、救援支援、科学考察及资源开发的重点保障装备。与中低冰级极地船型/破冰船相比，由于其高冰载荷作用环境特点，该船型在高强度钢/特种材料应用、冰载荷作用下结构安全评估以及船体结构布置设计等方面有其鲜明特征，需予以重点考虑，不可武断地沿用以往针对中低冰级极地船型的结构设计经验。该文以某型PC2级极地重型破冰船型为例，总结其结构设计/评估经验，重点就冰区构件高强度结构钢应用、冰区外板复合钢板应用需求与特点、非线性评估技术应用对冰区构件尺度影响、冰致剪力/弯矩分布特点及其对主船体内部平台、桥楼侧壁等非冰带区构件设计影响展开讨论，阐明此类船型结构设计特点及其与中低冰级极地船型/破冰船在整体结构布置思路、冰区结构设计评估方面的主要区别。文中认为：随着冰级的升高，冰载荷的影响已不仅仅局限于冰区外板及其附连构件区域，在冰区构件材料选型及整船全局性结构布置、设计等方面也会产生重大影响。     

28m巡逻艇局部结构设计分析

以28m巡逻艇为例,介绍了主船体局部结构形式和构件尺寸因船舶设计布置的需要而不能满足"规范"时,如何运用有限元法来校核该艇局部主体结构强度,优化结构尺寸设计.     

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。     

船体薄壁梁剖面特性参数计算方法

讨论船体薄壁梁剖面特性计算的4种主要方式，并以一个“标准”的船体剖面对采用各种计算方式得到的剖面特性参数的结果进行比较和分析，说明在大开口船舶弯扭组合强度计算分析中，采用等效板厚的方式引起的误差不大。     

大型浮吊船体的结构设计和强度评估

针对目前国内外市场对大型浮吊的迫切需求,本文以现行具备世界上最大单机起重能力的浮吊--7500 t"蓝鲸"号浮吊为研究对象,针对该浮吊的工作性能要求进行了中剖面设计,并根据CCS规范校核该浮吊船体结构的主要纵向构件尺寸以及总纵强度.在此基础上,建立该浮吊船体结构的三舱段有限元模型,针对浮吊的各种典型工况进行船体结构强度的评估分析,同时提出了结构优化设计的合理化建议.本文的研究成果对同类型浮吊船体的结构优化设计具有参考意义和实用价值.     

某护卫舰的结构再分析

本文研究了某护卫舰的再设计和再分析，用有限元法计算了舰船船体中剖面构件的应力，用修正缩减基法对护卫舰进行了结构再分析。     

基于共同结构规范的主甲板纵向结构疲劳简化评估方法

针对主甲板区域是油船和散货船疲劳评估的重点区域,而规范的疲劳评估方法较为繁琐的问题,针对油船和散货船主甲板区域主要承受纵向应力的疲劳节点,提出基于散货船和油船共同结构规范的疲劳强度简化评估方法,通过在设计初期对"船体梁疲劳剖面模数"或"许用应力集中系数"的控制,使得主甲板构件的疲劳强度能得到基本满足,实船算例验证表明,该方法合理实用,在设计初期可以采用此方法控制船体梁结构尺寸,以避免后期因详细疲劳计算结果不满足规范要求而引起船体构件尺寸等的大量修改。     

基于人工蜂群算法的油船舯剖面优化设计

人工蜂群算法(ABC)是模仿蜜蜂行为提出的一种优化方法,通过各人工蜂个体的局部寻优行为,最终在群体中使全局最优值凸显出来,有着较快的收敛速度[1]。本文基于HCSR规范,以中剖面净面积最小为优化目标,以区域纵骨间距个数、板厚、型材尺寸、板缝位置为设计变量,采用ABC算法,建立了适用于油船的中剖面优化设计模型。以一艘32000DWT油船为例,对其进行了优化设计,优化结果验证了人工蜂群算法用于船舶中剖面结构优化的可行性和高效性。