潜艇耐压圆柱壳结构的优化设计

本文根据结构特点,从解多目标优化问题的简单目标规划法出发,建立了一种单目标约束最优化的数学模型。用复形法求解后,根据材料屈服极限事实上是离散变量的实际情况,以重量最轻为目标函数作了第二阶段优化,并对壳板厚度、环向肋骨间距这两个连续变量作了专门处理,使设计变量都转化为规格化的离散变量,从而使优化设计更为实用。若干实例设计表明普通环肋圆柱壳结构优化方案明显优于原设计方案;在某些特定情况下,纵横加肋圆柱壳结构是一种优于普通环肋圆柱壳结构的结构形式。     

基于iSIGHT的环肋圆柱壳动力学优化设计

介绍iSIGHT多学科优化设计软件的一些基本功能。以环肋圆柱壳结构优化为例建立了结构优化模型。在iSIGHT平台上对集成Patran／Nastran软件进行了环肋圆柱壳的结构优化，优化内容包括了结构模态频率的优化和频率响应时的节点加速度的优化。     

耐压壳的新颖设计

本章将给出几种不同于常规的耐压壳的设计，这些设计的两种，其一是圆柱／圆锥壳组合结构，另一是端部球形封头，本文作者已在文献「９１，９２」中发表。第三种设计系环向圆管增强的耐压壳，作者曾于１９８７年２月送请皇家海军造船学会发表，但未被他们采纳。     

大深度潜器耐压圆柱壳的多目标优化设计研究

采用快速非劣分层多目标遗传算法(NSGA II)和多属性决策理论,针对大深度潜器环肋圆柱壳在静水压力作用下的多目标离散优化问题进行了研究.以重量及强度应力量为目标函数,求出了Pareto最优解,给出了强度应力量和失稳载荷与重量之间的分布关系.采用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)和信息熵方法,得到基于无偏好信息情况下的最优解排序.结果表明,这种联合方法能够快速寻找到最优解,这些解分布比较均匀、多样性好,能够为决策者提供较多选择,决策的最终结果合理.     

潜艇耐压圆柱壳的多目标优化设计

采用多目标遗传算法(MOGA)和多属性决策理论,针对潜艇环肋圆柱壳在静水压力作用下的多目标离散优化问题进行了研究,讨论了与潜艇结构强度设计有关的应力量和失稳载荷与质量之间的关系,给出了不同目标之间的Pareto前沿.基于无偏好信息情况下的排序挑选出最优解,并且和经典的单目标最优解进行了比较分析.     

钛合金耐压夹层圆柱壳芯层结构拓扑优化

[目的]因对于钛合金耐压夹层圆柱壳这种新型耐压结构研究得较少,其芯层拓扑形式有待优化确认,需开展芯层拓扑优化。[方法]首先,选择一个壁厚较大的无加筋圆柱壳作为分析对象,采用ANSYS轴对称单元计算结构的应力;然后,沿圆柱壳厚度方向划分为上、中、下3个区域,将中部区域的结构设为设计变量,并建立其芯层结构形式的两阶段拓扑优化数学模型;最后,基于Matlab建立遗传算法主控程序,针对无加筋圆柱壳芯层的布置,分别仅沿轴向、轴向与径向布置形式两个阶段进行拓扑优化,以验证上述耐压夹层圆柱壳加筋形式的合理性。[结果]优化方案芯层拓扑形式为等间距设置,垂直连接内壳和外壳的肋板。[结论]静水压力载荷下的耐压夹层圆柱壳结构是一种合理的耐压结构形式。     

基于综合裕度的环肋圆柱壳多目标优化研究

圆柱壳的肋骨应力裕度较小而其它应力和临界载荷的裕度较大是设计中常见的问题。本文提出了综合裕度的概念,建立基于综合裕度的环肋圆柱壳多目标优化模型。目标函数为综合应力裕度、综合临界载荷裕度和重量。采用NSGA-Ⅱ算法进行优化求解,对Pareto解各属性裕度的统计结果显示肋骨应力裕度较小。并对肋骨许用应力值对优化结果的影响进行了分析,数据结果表明适当放宽肋骨的许用应力能解决肋骨裕度较小的问题。     

基于iSIGHT的UUV优化设计平台

水下航行体(UUV)外形设计的优劣对UUV的最终性能有着举足轻重的影响。传统的设计方法是通过反复的选型-计算-修改来实现的,这种方法不但效率低下,而且由于选型范围有限,常导致得不到最优解。为解决这一问题,本文研究了UUV的参数化设计方法,并通过自编程序实现了在SolidWorks中的参数化建模。利用iSIGHT优化设计平台强大的过程集成能力和各种寻求最优参数的技术,实现了iSIGHT集成并驱动SolidWorks,Gridgen,CFX等软件并寻求最优参数的设计流程。并针对某UUV,以最小阻力为目标,利用NLPQL优化算法进行了优化设计。结果表明,本设计平台达到了实现UUV参数化设计并优化的目的,提高了设计效率。     

潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性研究

举艇耐压圆柱壳是潜艇承受外载的主要结构,其失效模式多种移样,而且相互关联,因此,潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性分析是一个多复杂、相关问题的可靠性分析问题,本文从潜艇耐压圆柱壳的失效模式建立到总体及各种失效模式的可靠性大小计算,建立了一套计算潜艇耐压圆柱壳结构可靠性的分析。编制了潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性分析计算机程序,并以具体潜艇耐压圆柱壳结构进行了可靠性分析,从其对耐压圆柱壳的计算结果可以看出,潜艇耐压圆柱壳结构的失效概率并不等于各失效模式的失效概率之和,这不同于Ｆａｕｌｋｎｅｒ做出的求和理论假定。本文的潜艇耐压圆柱壳可靠性分析,为多模态失效的系统可靠性计算开辟了新的途径,对潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性设计提供了一定的理论基础。     

半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构稳定性研究

耐压圆柱壳通常采用环肋加强以提高在静水外压作用下的结构稳定性.本文提出了半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构形式,在理论和模型试验研究的基础上建立了设计计算方法.研究结果表明:半圆环壳型肋骨与耐压壳板有两个连接点,减小了相邻两肋之间的净距离,能较大幅度地提高肋间壳板的稳定性;由于半圆环壳型肋骨侧向稳定性较大,合理设计半圆环壳半径和厚度,增加半圆环面内惯性矩,可以较大幅度地提高耐压壳总体失稳压力.     

夹层圆柱壳结构的优化设计

针对一种全新的潜艇耐压壳体结构形式——夹层圆柱壳结构形式,借助适用于该种结构形式的解析法计算公式,并选定约束条件进行了优化设计,编写了优化程序;分析了该种结构形式与单层耐压壳体结构形式相比较所存在的利弊;在比较过程中,给出了四个优化算例以及比较结果,通过比较分析得出了这样的结论:对于建造大潜深的潜艇,夹层圆柱壳结构形式是一种可以考虑的结构形式。     

基于多学科的大型船舶概念设计平台技术

文章首先分析了基于多学科的大型船舶概念设计平台的四层体系构架,然后对平台的关键技术进行了详细的分析和研究。平台的构建,实现设计流程化和自动化,对于分析船舶概念设计中复杂的耦合关系、优化制约总体方案的强影响参数、对比概念设计多方案、最终确定整体较优的方案、减少返工,以及提高设计效率和质量均具有重要意义。     

复合材料圆柱壳的波动特性研究

基于壳体理论,研究圆柱壳的频散特性以及相速度和群速度特性,利用数值方法求取特征方程的实数、虚数和复数根,分析其物理含义.研究表明,传播波的数量随激励频率的增加而增加,这些传播波的起始频率都是某一支近场波的截止频率.     

基于多目标遗传算法的约束阻尼柱壳结构优化

文章为了改进被动约束阻尼柱壳结构的减振特性,解决引入约束阻尼的合理分布问题,提出了一种基于多目标遗传算法的优化设计方法。建立了以振动模态的前两阶损耗因子和引入约束阻尼材料总质量比为优化目标,以约束层、阻尼层厚度和粘弹性材料剪切模量为设计变量的多目标函数。利用遗传算法对 Pareto 最优进行优化选择,避免了对目标函数值的直接计算。通过分析和比较优化前后结构的模态振动频率变化以及幅频响应,表明引入质量太多会影响柱壳结构固有特性,而优化后结构能够避免太多的质量引入,并且具有更好的减振效果。     

基于灵敏度分析的环肋圆柱壳结构优化

针对环肋圆柱壳结构强度和稳定性(包含肋骨侧向稳定性),引入新的灵敏度计算方法,开展了几何参数的灵敏度分析,获取了主要影响参数;给出了考虑肋骨侧向稳定性后的材料利用率计算公式后,在结构满足强度和稳定性要求的条件下,以重量最轻、材料利用率最高为优化目标建立了优化数学模型。采用多目标遗传算法对结构在考虑肋骨侧向稳定性后进行了优化。结果表明,这种灵敏度计算方法具有良好的可靠性,基于灵敏度分析的结构优化的方案具有显著的可行性、高效性。     

带中间支骨的耐压圆柱壳结构的优化

针对带中间支骨的耐压圆柱壳结构进行优化,采用改进的复合形法并引入裕量的概念对得到最优解时各个约束条件进行分析.数值结果表明:在现有理论公式和结构重量最轻的前提下,保证肋骨稳定性的约束条件是限制结构尺寸的最主要因素.肋骨和中间支骨的结构参数对耐压圆柱壳结构稳定性有较大影响,而壳板厚度和肋骨间距的参数变化只能在一定程度上提高耐压圆柱壳结构稳定性.     

基于传递矩阵法的纵肋圆柱壳振动特性计算

基于传递矩阵法,结合振动微分方程,提出一种计算纵肋圆柱壳自由振动特性的周向传递矩阵法.该方法基于板壳理论和圆柱壳振动控制方程,推导出圆柱壳周向传递的场传递矩阵和纵肋处的点传递矩阵,结合圆柱壳边界条件,得到频率方程,利用精细时程积分法原理,可保证计算的精度.将计算结果与有限元解进行比较,验证方法的有效性,同时比较传递矩阵...     

轻质耐压壳体减重研究

本文结合几种材料的特性,对壳体的结构做了力学分析,研究了轻质耐压壳体的减重方向。研究中发现,隔板的设计对壳体的重量影响很大,因此详细分析了凹凸两种形式端板的力学特性,发现同等厚度条件下,凸型隔板的变形量小、安全系数高。分析对比了铝基合金、复合材料、钛合金的材料特性、加工特性、国内开发现状以及成本,认为现阶段应以铝基合金的改进为主,并关注其他材料的进展对壳体进行减重设计。     

基于波传播法的水下圆柱壳临界载荷-频率特性分析

基于振动的水下圆柱壳临界载荷的预报具有结构无损的优势。针对基于振动的数值仿真及振动试验预测方法存在的不足之处,提出了基于波传播法的水下圆柱壳失稳载荷的理论求解方法。建立了计及静水压力影响的水下圆柱壳固-液耦合振动方程,基于波传播方法获得耦合系统的频率方程。运用Muller三点迭代法求出水下圆柱壳的固有频率,通过线性拟合的方法求出水下圆柱壳临界载荷的弹性理论解,修正后可得到便于工程应用的临界载荷。结果对比表明了该方法的准确性,且具有方法简便、计算量小和易于参数优化的优点。