水面舰船结构设计的舯剖面优化

在水面舰船的结构设计中，为了有更多空间装载武备，船体重量最小化显得尤为重要。然而，因为要考虑大量的设计变量和强度约束条件，所以常规结构优化方法总是要进行多次反复设计。这些方法的缺点就是它们不能很好地反映设计师的经验和知识。新提出的水面舰艇结构优化设计的有效、实用方法，采用了从整体优化到详细优化的三步优化过程。它有让设计师参与每一步骤的用户界面。最后，将所开发的计算系统运用于以往的设计模型，验证其实用性。     

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。     

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。     

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。     

减摇鳍装置结构拓扑优化应用研究

比较两种常用拓扑优化方法的原理与特点,并以核心零件十字头为例,探讨拓扑优化在减摇鳍装置结构设计中应用的一般过程.改进后的十字头在满足刚度和强度要求的前提下,重量减少了近40%,且应力分布更加平均.结果表明,拓扑优化能很好地实现减摇鳍装置机械结构的等强度、轻量化设计.     

基于多岛遗传算法的舱口盖结构优化设计

为降低空船质量，提高经济性，针对某船舱口盖结构减重进行研究。采用拉丁方试验法建立样本空间，根据样本参数进行有限元模型求解。采用响应面模型法建立舱口盖结构设计近似模型，以规范中对应力和变形的要求作为设计约束条件，基于多岛遗传算法对某船舱口盖结构进行优化设计。结果表明，优化解收敛性好，可满足规范要求。     

基于拓扑优化方法的全海深无人潜水器本体浮力构件的防护结构设计

结构的轻量化设计直接关系到水下潜器总体性能的优劣,是深海水下潜器结构设计的重要目标。以全海深无人潜水器本体浮力构件的安装防护结构为研究对象,选取典型浮力构件,采用3种设计方案,使用ANSYS Workbench软件在假设的碰撞载荷和浮力载荷作用下对设计的安装防护结构的应力和变形进行计算分析和比较。结果表明,基于Inspire软件拓扑优化方法的结构设计,显著提高了设计效率,满足强度和功能设计需求,能充分发挥材料性能,实现了轻量化的设计目标,并通过了水池测试和海试应用验证。     

重力式码头结构设计比选分析

文章通过对大型重力式码头结构设计方案的对比分析,提出结构设计优化,结果表明:在结构方案设计中,需要因地制宜进行设计优化,不断提高工程经济效益.     

三维图像技术在船舶结构设计的应用

针对船舶设计结构影响二氧化碳流通性能的问题,以增加船舶二氧化碳流通量为目的,提出三维图像技术在船舶结构设计的应用。通过计算船舶支柱的灵敏度,寻找到船舶支柱布局优化的最优解,优化船体支柱布局,完成船舶结构布局优化的数学模型建立;采用两栖三体的船结构,设计错杂的剖面车架构件,实现船舶结构设计。实验结果证明,基于三维图像技术的船舶结构设计方法与基于知识工程的船舶结构设计方法相比,船舶二氧化碳的流通量大大提升。     

基座设计对隔振效果的影响分析与优化方法研究

本文详细探讨了基座设计对隔振效果影响,并提出在不改变基座结构形式和保持总质量基本不变等前提下,通过优化基座结构变量提高基座首阶弹性频率以提高基座阻抗的方法。利用提出的方法进行某柴油发电机组浮筏隔振装置的实船基座优化实例分析和验证,结果表明,所提出的基座优化方法可以有效提高基座的弹性模态频率,从而达到提高基座阻抗和降低基座振级的目的,对工程应用中提高隔振装置性能具有较好的参考意义。     

协同优化理论在多破损模式结构分析中的应用

探讨如何运用协同优化方法解决多破损模式下船舶结构设计的优化问题。在协同优化方法的基本理论框架下,研究多破损模式条件下的结构并行设计和优化,建立相应的优化模型。以多破损模式下的船体结构静力学优化为例,运用协同优化方法进行优化计算,获得较好的破损残余强度。算例表明,协同优化方法能有效地解决多破损模式下的结构优化问题。     

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。     

Application of the optimal Latin hypercube design and radial basis function network to collaborative optimization

Improving the efficiency of ship optimization is crucial for modern ship design. Compared with traditional methods, multidisciplinary design optimization (MDO) is a more promising approach. For this reason, Collaborative Optimization (CO) is discussed and analyzed in this paper. As one of the most frequently applied MDO methods, CO promotes autonomy of disciplines while providing a coordinating mechanism guaranteeing progress toward an optimum and maintaining interdisciplinary compatibility. However, there are some difficulties in applying the conventional CO method, such as difficulties in choosing an initial point and tremendous computational requirements. For the purpose of overcoming these problems, optimal Latin hypercube design and Radial basis function network were applied to CO. Optimal Latin hypercube design is a modified Latin Hypercube design. Radial basis function network approximates the optimization model, and is updated during the optimization process to improve accuracy. It is shown by examples that the computing efficiency and robustness of this CO method are higher than with the conventional CO method.     

提高船用阻尼材料应用效果的优化设计方法

基于模态应变能法及结构动力学优化理论,研究提高船用阻尼材料应用效果的多种方法。方法1是在满足所使用阻尼材料重量相同的条件下,首先对阻尼材料进行一定百分比的开孔,与同等重量的实心阻尼材料结构相比,贴敷开孔阻尼材料的结构损耗因子得到了提高;其次,以所用阻尼材料重量为优化目标函数,在满足给定的整体结构损耗因子约束条件下,建立贴敷阻尼材料复合悬臂板优化模型。方法2主要优化设计复合板不同区域阻尼材料的厚度值。方法3则主要针对复合板不同区域阻尼材料的分布进行拓扑优化设计,得出在给定复合板前3阶模态损耗因子约束条件下阻尼材料的最佳厚度值和拓扑分布。研究结果表明:阻尼材料上一定百分比的开孔可有效提高结构减振效果;通过重量目标函数及考虑损耗因子约束的阻尼材料结构厚度优化和拓扑分布优化,可以找到满足指定减振要求下阻尼材料用量最小的结构,且拓扑分布优化效果更好。     

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。     

船用吊环优化设计研究

通过对吊环结构有限元强度分析,提出吊环优化设计方法,对4型吊环结构进行优化设计。在设计过程中,重点考虑吊环结构的强度优化设计、工艺的合理性、安全系数的统一和对横向受力角度进行量化的规定等,并采用拉伸试验对优化后的吊环结构强度进行试验论证,取得了良好的经济效益。同时又完成吊环标准的修订工作。     

Efficient optimization design method of jacket structures for offshore wind turbines

With the gradual implementation of offshore wind energy production, the future tendency is to expand into the deeper water. The jacket foundations will take the place of the present monopile foundations when the water depth increases. The foundations account for the majority of the construction cost for offshore wind farms, and the structural optimization of jackets will bring lucrative economic benefits. Structural optimization is a complex iterative process that requires huge computing costs. Therefore, this paper proposes a structural optimization method based on surrogate models to solve this problem effectively and swiftly obtain optimized design schemes of lightweight jackets for offshore wind turbines. The structural responses of jacket wind turbine systems under the equivalent static extreme loads with a recurrence period of 50 years are mainly considered in structural optimization design, and the key optimization variables of jackets are determined by parameter sensitivity analysis. The finite element models of jackets are transformed into surrogate models, and the genetic algorithm is employed to optimize the surrogate models directly. The optimized jackets are additionally verified through coupled dynamic analysis, besides, buckling strength and fatigue life are also checked. And local refined optimizations are carried out for the failure members. According to the optimized design schemes of lightweight jackets for 30 m, 50 m and 70 m water depths, it is demonstrated that the structural optimization design method is adequate and efficient for jackets of wind turbines. Parameter sensitivity analysis can cut the number of optimization variables in half to improve the optimization efficiency. Furthermore, the application of surrogate models can significantly speed up the optimization process by saving about 98.61% of the original time consumed. The optimization design method of the jackets for offshore wind turbines proposed in this paper is suitable for practical engineering, with high precision and efficiency.     

铝合金舟桥结构设计与甲板力学性能研究

针对铝合金舟桥在设计、受力分析、制造工艺诸方面的技术难题,开展了“铝合金用于舟桥承重结构的设计研究”预先研究工作。通过分析和试验研究,选出5种符合舟桥结构特点和加工要求的国产铝合金材料,确定了它们的机械性能和本构模型,制定了铝合金舟桥实用的焊接制造工艺;根据铝合金材料和舟体受力特点,提出了铝合金舟体结构的设计原则和雏形;通过结构拓扑优化和尺寸优化,确定了铝合金甲板的设计方案;通过理论分析和试验研究,建立了舟体结构强度的有限元数值分析模型,分析了铝合金甲板极限承载力和破坏机理,并建立了合理的失稳模态计算模型。     

基于复合材料的水下耐压结构拓扑优化探究

探究基于复合材料的拓扑优化设计方法在水下耐压结构设计中的应用.本文方法是在等值线方法、SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)模型、灵敏度过滤技术的基础上,推导复合材料的等效刚度矩阵.通过经典桥形结构优化算例、静水压作用下的结构拓扑优化设计以及空心水下耐压结构优化设计,分析了在拓扑相关载荷作用下,复合材料对于水下耐压结构的最优拓扑形式的影响.发现复合材料与各向同性材料结构的优化结果比较相似,而复合材料的铺层方式及角度的变化可能对优化结果产生较大的影响,本文对空心耐压结构的优化结果与MIT团队提出的耐压壳概念相类似,说明复合材料的拓扑优化研究对于未来水下耐压结构的设计具有重要的参考价值及指导意义.