基于响应面法的船底纵桁结构优化设计

提出基于响应面法的船体结构优化方法,对一艘76 000 DWT散货船货舱段的双层底纵桁进行优化设计以验证该方法的实用性。在不同板厚尺寸、相同载荷作用下进行纵桁参数的敏度分析,选取适合的参数作为自变量。在计算出最大相当应力、最大剪切应力的基础上,应用响应面法的正交组合设计试验方法,得出该舱段船底纵桁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、规范要求最小厚度的约束条件下,对该舱段的船底纵桁结构厚度进行优化。     

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。     

基于随机NewWave理论的自升式平台结构响应极值统计分析

本文以风暴状态下自升式平台为研究对象,借助随机NewWave理论给出了给定波面极值时平台结构随机动力响应极值概率特征分析步骤.研究了平台结构随机动力响应极值统计分布随最大波面极值的演化规律,确定出两种具有统一形式的概率分布,并对其进行有效统计描述.通过对平台结构随机动力响应极值统计分布参数与波面极值之间映射关系的模拟,建立起平台结构随机动力响应极值的概率特性数值仿真器.计算结果表明,本文所提供的方法以有限次结构分析为代价,可完成对任意给定最大波面极值时平台结构随机动力响应极值概率特性的有效模拟,从而为进一步建立高效、实用的结构动力可靠性分析模型奠定了必要的基础.     

基于晌应面法的带肋圆柱壳结构强度可靠性分析

文章首先介绍了响应面法的基本原理,在有限元结构分析的基础上应用响应面法建立了带肋圆柱壳结构的强度失效方程,并将响应面法与一次二阶矩法相结合,解决了参数的当量正态化和独立化问题,最后应用此理论对带肋圆柱壳结构的强度进行了可靠性分析。计算结果表明,基于响应面法的一次二阶矩法具有较好的计算精度。     

平板结构振动响应敏度分析

结构动力学响应敏度反映了结构振动速度、位移与结构设计变量之间的关系,该敏度信息是对结构进行动力学优化、计算其辐射噪声声学敏度的基础和前提.本文基于有限元直接法计算了一个两端固支矩形平板的频率响应,即节点的位移响应及速度响应.在此基础上以单元厚度为设计变量,计算了位移响应敏度及速度响应敏度,并对二者的关系进行了分析.计算结果及分析表明,结构频率响应及敏度在相同的频率出现峰值,速度敏度和位移敏度的关系与速度响应和位移响应的关系是一致的,从幅值上看前者是后者的ω倍.     

某型舰船危险部位结构可靠性分析

在响应面随机有限元法和结构可靠性理论的基础上,利用有限元软件Ansys建立某型舰船开口结构的梁板模型,采用改进的一次二阶矩法与分枝限界法、概率网络评估技术分析了开口结构在组合载荷作用下的可靠性。以结构的最危险点应力为输出变量,通过敏度分析忽略最大应力不敏感的变量拟和响应面方程。利用随机有限元和CAE软件结合开展结构系统的可靠性研究,避免了大型结构寻找失效模式的困难,使可靠性分析的效率得到极大提高。     

某型舰船危险部位结构可靠性分析

在响应面随机有限元法和结构可靠性理论的基础上,利用有限元软件 Ansys建立某型舰船开口结构的梁板模型,采用改进的一次二阶矩法与分枝限界法、概率网络评估技术分析了开口结构在组合载荷作用下的可靠性。以结构的最危险点应力为输出变量,通过敏度分析忽略最大应力不敏感的变量拟和响应面方程。利用随机有限元和 CAE软件结合开展结构系统的可靠性研究,避免了大型结构寻找失效模式的困难,使可靠性分析的效率得到极大提高。     

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。     

加肋旋转壳结构噪声声辐射水弹性研究

本文将修正的Helmholtz边界积分方程和结构有限元相结合,建立一种求解结构声辐射及物面动响应(包括物面法向速度和压力分布)的矩阵分析方法。对奇异积分采用级数展开并直接求其近似值的解析法。整个算法编制了计算程序。数值结果与试验结果两者吻合良好。应用此程序计算分析了加肋旋转壳(内有基座等结构)在多点简谐激振力作用下,不同结构阻尼比以及在基座面板减振器下方有无肘板等情况下壳体表面动响应及远场声压,得到了一些工程上有实用价值的结果。     

载人潜器非耐压结构多目标优化设计

基于近似模型技术和多目标优化理论开展框架结构优化设计。针对传统优化方法不能实现自动计算和连续优化的问题,采用APDL参数化语言实现了框架结构的参数化建模,并将Ansys与ISIGHT集成搭建了框架结构的优化设计流程。基于试验设计,根据灵敏度分析完成了框架结构设计变量的筛选,通过近似模型的精度分析构建了框架结构响应面近似模型。采用响应面近似模型进行数值计算,使用智能优化算法完成框架结构单目标和多目标优化设计,并将结果与有限元计算值对比,验证基于近似模型优化的准确性。     

纵向弯矩下材料随机特性对复合材料船体可靠性的影响

The effects of stochastic characteristics of materials on the reliability of ship hulls made of composite materials under longitudinal moment were extensively studied using reliability and sensitivity calculations of a composite ship hull which was sagging.The reliability indices and failure probabilities of the ship in three kinds of failure modes (buckling,material failure,and ultimate collapse) were calculated by the surface response method and JC method.The importance factors of random variables in stochastic models,such as the model errors in predicting the ultimate longitudinal strength of ship and the longitudinal bending moment that the ship withstands,as well as the stochastic characteristics of materials in the models used,were calculated.Then,the effects of these random variables,including the stochastic characteristics of materials on the reliability index and the failure probability of ships which were sagging,were discussed with their importance factors.The results show that the effects of stochastic characteristics of materials on the reliability of ship hulls made of composite materials should be considered during the reliability assessment of composite ships.Finally,some conclusions and recommendations were given for high-speed ship design and safety assessment.     

考虑随机材料、尺寸及初始缺陷的加筋板结构极限强度研究

为获得加筋板结构极限强度的统计规律,考虑结构材料、尺寸及初始缺陷的随机性（其数值可以认为是满足某种分布规律的随机量）,采用Monte Carlo结合非线性有限元进行强度的研究。在验证非线性有限元准确性的基础上,取结构尺寸、初始缺陷幅值、材料参数为随机变量,采用数值实验、最大熵法及K-S检验拟合获得极限强度的概率密度函数。结果表明,在较少样本时最大熵法可准确获得统计规律,为结构可靠性分析中复杂结构抗力模型的研究提供参考。     

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。     

船舶结构屈曲失效分析中的主,客观不确定性的确定方法

根据船舶结构屈曲承载能力可靠性分析的需要，提出了一种客观不确定性系数的确定方法。该方法极其简单，而且具有泰勒级数展开法的精度，并能降低罗森布鲁斯法的计算量。在基本随机变量参数已提供的前提下，可以很方便地获得屈曲承载能力的统计特征值。本文还提出了两种主观不确定性系数的确定方法：一种为用于若干不同结构试验，但具有相同计算方法的“直接确定法”；另一种为用于若干相同结构试验，但具有同一计算特征值的“间接确定法”。文章还根据22只试验结果，采用两种计算方法[2][3]，用“直接确定法”提供了两种主观不确定性系数的均值和变异系数。本文还提供了一种方法，根据主观不确定性的两个参数，可对计算方法进行评价。     

基于矩不确定分布鲁棒优化的船舶舱室布局设计

船舶舱室布局所涉的评价指标通常具有不确定性,诸如环境载荷等参数通常以不确定性的随机变量形式参与计算,且其概率分布的期望及方差等指标往往也是不确定的。本文采用矩不确定分布鲁棒优化方法,解决含矩不确定参数的船舶舱室布局min-max优化问题。将各舱室的全局位置参数、相对位置参数和质量分布参数加权整合为目标函数,建立全船范围内的舱室布局DRO-MU优化模型,采用拉格朗日对偶原理将其转为确定的半定规划问题以便求解。算例验证了本文方法的合理性与优越性,该方法针对性地用于解决含矩不确定参数的船舶舱室布局问题具有鲜明特点。     

随机横浪中船舶倾覆过程模拟与安全域计算

研讨了随机海浪中船舶非线性随机横摇运动倾覆过程和安全域问题.考虑非线性阻尼、非线性复原力矩和随机波浪,建立了随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程.考虑两参数海浪谱和不同的有义波高,计算随机波浪力矩,采用简谐加速度数值计算方法求解随机微分方程,进行了随机倾覆过程的数值模拟.考虑船舶运动的瞬时状态,发展了胞映射方法计算随机非线性横摇运动安全域的方法,并编制了计算机程序.模拟了一条渔船不同有义波高作用下横摇倾覆过程,考虑不同的初始条件及随机波浪参数,在初始值平面上采用胞映射法构造了渔船航行的安全域.波高较小时,安全域是一个连续的区域;随着有义波高增大,安全域面积减小并且不再连续,倾覆域和安全域相互包围.计算结果表明,船舶运动的瞬时状态对安全域具有重要影响,而且随机海浪中安全域具有随机特性.     

Hull-girder reliability of new generation oil tankers

A series of new generation oil tankers is presently under construction. These ships differ from traditional oil tankers by their unusual form and therefore direct hydrodynamic analysis is used to determine design vertical wave bending moments instead of adopting IACS rule values. The purpose of the paper is to quantify changes in hull-girder reliability resulting from the new design features. To achieve this, first-order reliability analysis is carried out with respect to ultimate collapse bending moment of the midship cross section of a new generation oil tanker and of a conventional “rule” designed oil tanker. The stochastic model of wave-induced bending moment is derived from direct hydrodynamic analysis performed according to IACS Recommendation No. 34 Standard Wave Data, Rev 1, 2000. The probability distribution of the still water bending moment is assumed based on the data from loading manuals. The model uncertainties of linear wave loads, non-linearity of the response as well as load combination factors are included in the reliability formulation. The reliability analysis is performed for three relevant loading conditions: full load, ballast and partial load and for two states of the hull: the “as-built” hull and “corroded” hull according to anticipated 20-year corrosion. One of the most interesting conclusions from the study is that the annual hull-girder reliability of new generation oil tanker is increased considerably compared to the conventional oil tanker. Sensitivity and parametric studies are performed with respect to random variables representing modelling uncertainties. The results of a sensitivity study enable sorting of pertinent variables according to their relative importance, while parametric study is used to quantify changes in the reliability indices for moderate variation of input parameters. Furthermore, some other results and discussions are presented pointing out the benefits of introducing the ship reliability methods in design practice, especially if this refers to new designs.     

螺旋桨旋涡发放数值模拟

基于LS-DYNA软件和任意拉格朗日—欧拉(ALE)方法,建立螺旋桨与流体相互作用的有限元模型,数值计算螺旋桨固定桨叶在前方来流下的流体动力特性和结构力学性能,分析总结桨叶后方旋涡运动和桨叶内部应力变化的规律。结果表明,螺旋桨桨叶的不规则形状导致了桨叶后方旋涡的相互作用,桨叶单元所在位置的厚度以及该位置与约束位置的距离决定了单元应力的大小。数值模拟得出的结论对研究螺旋桨"唱音"现象有一定的参考价值。     

满足稳定性的船舶板架结构的可靠性分析

以I型截面为例，考虑屈服应力和外载荷为随机变量，并满足稳定性条件下，对板架结构进行可靠性分析。采用随机有限元法求解非线性安全余量可靠性指标及失效模式间的相关关数，为满足稳定性的板架结构的可靠性分析提供一个合理方法。最后，通过板架结构的可靠性算例，说明分析的有效性。