典型船舶板架拓扑与形状优化设计

以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶部空间布局,提高舱室顶部板架结构的固有频率,对上层建筑板架进行拓扑优化,寻求材料最优分布,并在对其进行静力分析和模态分析的基础上,以体积百分比为约束条件,以板架固有频率为目标函数,得到拓扑优化后的结构型式,新结构型式使材料分布更加合理,有利于舱室顶部管道和电缆等的铺设。研究表明,在目前的板架结构设计中,可广泛应用结构拓扑与形状优化设计技术。     

多工况拓扑优化算法在大型运输船高双层底实肋板结构设计中的应用

为解决现有船舶结构初步设计过程中精细化程度不足的问题,开展基于多工况拓扑优化算法的归一化数学模型研究及其典型应用探索。本文将多工况拓扑优化算法引入到船舶结构初步设计中,提出了基于k方法的权因子确定方法,引入全局化应力约束条件,建立考虑应力约束函数的多目标拓扑优化数学模型,并对某高双层底实肋板结构进行多工况静力学拓扑优化研究。结果表明,最终构型能够满足应力应变等基本约束条件且具备较好的工艺性。相关研究成果为运用拓扑优化方法进行船舶结构初步设计提供一条切实可行的途径,具有一定的理论与工程应用价值。     

考虑依赖于结构形状的载荷的连续体结构拓扑优化

本文提出了一种基于SIMP密度函数插值模型,考虑依赖于结构形状的载荷,以给定材料用量为约束条件,以最小柔顺度为设计目标的拓扑优化方法-OC-LE法.文中考虑的载荷随结构拓扑的变化而渐进变化,载荷与拓扑变量交替更新,计算简单且易于程序实现.同时文中给出的二维连续体结构拓扑优化算例,向三维连续体的扩展也比较容易.     

基于二次流能量法的最小阻力船型研究

船体尾部流场速度场的横向和垂向分量是导致粘性阻力增加的根本原因,为了获得最小总阻力船型,以船体尾部区域为优化设计对象,以YZ方向的二次流能量最小为目标函数,以样条函数的参数为设计变量,在保证排水量为基本约束条件下,根据实际情况附加其它约束条件来控制尾部形状的变化,采用非线性规划法进行优化设计。通过集装箱船的优化算例,证实了采用该方法进行船型阻力优化的可靠性。     

利用遗传算法优化静动态约束下的机舱结构

利用遗传算法对静动态约束条件下的机舱结构进行优化。为解决复杂约束情况，其中包括应力、固有频率和设计参数许用范围，提出了一种罚函数方法。为提高该方法的有效性，引入了目标择优的新算子。并提出我变异概率以提高算法的收敛性，从而避免过早收敛于一个差解。为解决分散问题，引入一序列截面，其形状参数事先主数据库。遗传算法在机舱结构优化中的成功应用，显示出它可应用于更复杂的工程设计问题。     

基于有限元法的小水线面双体船结构优化

小水线面双体船结构复杂,需要有效的工具对其进行优化设计,在满足强度刚度要求的情况下控制结构重量.本文利用优化软件Altair.OptiStruct、Msc.Nastran、iSIGHT对一艘小水线面双体船结构进行了尺寸优化、形状优化、和拓扑优化.结构优化基于有限元法完成,以结构重量作为目标函数,结构应力作为约束条件.优化结果表明,通过选择适当的设计变量,能够在结构应力不超过规定上限的条件下使结构重量显著降低并达到最小值.     

舰艇核动力装置蒸汽发生器的初步设计多目标优化方法

蒸汽发生器的设计实践表明,由于设计问题的复杂性,仅用单目标优化方法求得的解不能完全适合设计需要。本文讨论了在舰艇核动力装置蒸汽发生器初步设计中引入多目标优化方法的必要性,介绍了蒸汽发生器初步设计的计算模型,讨论了决策变量、目标函数的选取,搜索过程中约束条件的某些假定,以及搜索过程。本文给出了蒸汽发生器多目标优化的一些结果,分析了设计变量和部分约束条件变化对目标函数的影响,计算结果表明,所提出的方法是有效的。     

船体结构耐撞性优化设计方法研究

提出了一种船体结构耐撞性设计的优化方法,它是在试验设计、径向基神经网络和遗传算法的基础上发展而成的,用高精度的快速分析模块来代替计算量很大的复杂模型,且能处理混合离散变量和工程约束条件。为表征船体结构的耐撞性能,本文引入了耐撞指标的概念。应用上述优化方法对某散货船舷侧结构进行了耐撞性优化设计。优化过程中以耐撞指标作为目标函数,以结构重量作为约束条件,用非线性有限元动态响应分析程序ＭＳＣ／ＤＹＴＲＡ     

舰船刚性阻振质量基座振动特性优化设计

基于结构动力学优化设计理论,研究了舰船刚性阻振质量基座结构形式的设计方法。在满足基座舱段总重量限制的约束条件下,分别建立了刚性阻振质量布置及截面尺寸优化设计模型,并进行了以基座舱段耐压壳体振动加速度为目标函数的动力学优化设计。通过优化分析,得到了在给定约束条件下减振效果最佳的刚性阻振质量截面尺寸和布置。研究结果表明,刚性阻振质量基座中阻振质量高度越大,基座舱段耐压壳体平均振动加速度级就越小。通过优化设计可以找到满足要求的结构,分析得到目标函数随设计变量的变化趋势,并对此优化方法的有效性进行验证。     

基于遗传算法的散货船结构优化研究

选取82000载重吨散货船船中横剖面为研究对象,对结构优化设计方法开展研究.以纵向板剖面积最小为目标函数,结合《钢质海船入级与建造规范》(2009)确立约束条件,采用改进的遗传算法对其进行结构优化设计.结果表明:优化后的剖面积减少了5.2％,有效减少了结构重量,为此类船结构设计提供参考.     

边坡稳定性分析的广义Bishop法

鉴于简化B ishop法作为一种简单实用且精度较高的极限平衡方法却仅限于分析圆弧破坏的缺陷,提出将B ishop法应用于任意滑裂面的广义方法.基于极限平衡理论和简化B ishop法的简化条件,推导其用于一般滑裂面破坏的边坡安全系数计算公式.通过实例分析考证比较该法的精度,并提出取矩中心的确定方法,以保证竖向力简化假设下的精度,为土坡稳定性分析提供了一种简单通用的方法.     

气垫船用复合材料空气导管结构布局和优化设计

根据空气导管的结构特点,考虑复合材料设计和制造一体化的特性,结合复合材料结构力学基本原理,提出一种可行的气垫船（Air-Cushion Vessel,ACV）用复合材料空气导管结构布局和优化设计方案。基于多约束目标优化对空气导管、内部加强结构的构型及尺寸等进行总体布局设计和优化,并利用有限元分析方法对导管结构进行极限过载的等效分析。计算结果表明,该复合材料空气导管结构在极限过载工况条件下可保持正常运行,满足结构整体的强度和刚度要求。     

基于量子天牛群算法的高桩码头横向排架结构损伤识别

针对高桩码头损伤识别问题,引入量子行为优化天牛群(BSO)算法,利用结构模态参数(固有频率和振型)的差别构造目标函数,提出了一种基于量子天牛群(QBSO)算法的损伤识别方法。采用所提方法对一高桩码头模型单直桩、单叉桩的单损伤,双直桩、双叉桩、直桩+叉桩的双损伤进行了计算,并与天牛群(BSO)算法与粒子群(PSO)算法进行对比;对振型添加噪声后单叉桩的单损伤进行了计算。结果表明:所提方法计算效率高、收敛速度快,具有较强的稳定性和抗噪性,能够快速精准地识别出损伤位置与损伤程度。     

基因演算法於船体加强板架之最佳化设计应用

船体结构之最佳化设计是一个复杂非线性的混和离散问题,并且要搜寻到全域的最佳值并不容易。在复杂的设计环境下基因演算法（Genetic Algorithm;GA）却可以搜寻到近似的全域最佳值。本文主要是应用基因演算法对T加强板架（Tee stiffened panel）、平板加强板架（flat-bat stiffened Panel）等常用且最具代表性之船体结构件进行最佳化设计,使结构在满足终极破坡限制（ultimate failure constraints）与耐用破坏限制（serviceability failure constraints）等所有限制条件下,求得最佳目标函数值中各设计变之最佳组合。在过程中并考量不同族群大小、变换机率、突变机率因素对最佳化结果的影响。文中是以制造成本为目标函数,其中同时考量材料成本及劳工成本,且所得之结果与连续性线性规则（Sequential Linear Programming;SLP）最佳化结果作了比较。计算的结果显示基因演算法可以有效地与快速地获得最小重量和最低成本的目标。     

基于CFD的船舶球首型线自动优化

在满足排水量及航速要求情况下设计出性能优良的船体型线,降低船体阻力、节能降耗是造船界一直所追求的目标。船舶球首的大小、位置和形状对船体兴波影响非常大,因此文章通过船型参数化融合方法,生成一系列球首型线,并以兴波阻力最小为目标,采用遗传算法实现球首型线的自动优化。将上述方法应用于某集装箱船球首型线的自动优化,并进行船舶静水阻力实验,实验表明优化船型在设计航速附近总阻力降低明显,说明文中采用的基于CFD船型自动优化方法是可行的。     

混合遗传算法在舰空导弹武器系统火力分配中的应用

论文通过保证最大数量的目标满足射击条件为优化目标,以指挥员决策、舰空导弹武器系统照射雷达有效作用范围等因素为约束条件,建立火力分配模型。然后采用基于自适应惩罚函数法的混合遗传算法,快速有效地解决武器系统照射雷达的火力分配问题。     

基于改进BP-GA方法的FPSO舷侧结构耐撞性能优化设计

基于遗传算法和ABAQUS参数化有限元仿真技术,对传统的BP-GA优化方法进行改进,并采用改进的BP-GA方法对浮式生产储油卸油装置(FPSO)舷侧结构的耐撞性能进行优化,以验证其可行性和准确性。结果表明,与传统的BP神经网络相比,经遗传算法优化的BP神经网络具有更高的预测精度和更强的泛化能力;改进的BP-GA优化方法可在结构减重的基础上进一步提高结构的耐撞性能,能较好地适用于复杂的FPSO舷侧结构耐撞性优化设计。采用的优化方法具有通用性,可为抗爆性能的优化设计提供参考。     

竞赛帆船龙骨盒结构优化设计

龙骨盒是竞赛帆船特有的结构,其功能是维持压载龙骨竖直升降,因其为帆船主要受力构件之一,实际使用中易损坏,提高龙骨盒强度是企业和艇主亟须解决的问题。通过水动力分析获得龙骨盒结构响应,运用多级优化对龙骨盒帽型材和桅杆作用区域进行形状、尺寸优化和铺层顺序优化。优化结果显示,基于响应面法和遗传算法的多级优化降低75.92%的龙骨盒整体应变能和提高29.40%的铺层强度比,该方法对提升龙骨盒强度和承载能力具有实用和借鉴意义。     

一种改进的海洋平台结构损伤诊断方法研究(英文)

In the exploitation of ocean oil and gas, many offshore structures may be damaged due to the severe environment, so an effective method of diagnosing structural damage is urgently needed to locate the damage and evaluate its severity. Genetic algorithms have become some of the most important global optimization tools and been widely used in many fields in recent years because of their simple operation and strong robustness. Based on the natural frequencies and mode shapes of the structure, the damage diagnosis of a jacket offshore platform is attributed to an optimization problem and studied by using a genetic algorithm. According to the principle that the structural stiffness of a certain direction can be greatly affected only when the brace bar in the corresponding direction is damaged, an improved objective function was proposed in this paper targeting measurement noise and the characteristics of modal identification for offshore platforms. This function can be used as fitness function of a genetic algorithm, and both numerical simulation and physical model test results show that the improved method may locate the structural damage and evaluate the severity of a jacket offshore platform satisfactorily while improving the robustness of evolutionary searching and the reliability of damage diagnosis.     

船体曲线曲面的B样条光顺

根据给定的船体型值点，以三次非均匀B样条为光顺函数，采用整体光顺方法，以应变能最小、曲率变化均匀为准则，以控制点为未知量，建立最优化问题的约束方程并求解，实现船体曲线的光顺。根据曲线的相对曲率线图，将优化后的光顺B样条船体曲线与插值B样条曲线、传统最小二乘法逼近曲线进行了比较。构[循规蹈矩本曲面，以UV方向上的单参数曲线族或站线、水线、纵剖线方向的截面曲线族为研究对象，以曲线族的应变能之和最小为准则，进行光顺处理，最后，以NURBS为统一数学表达式，根据光顺后得到的控制点网络，应用双三次非均匀有理B样条得到光顺的船体曲面。