纵横加筋圆柱壳结构的多目标优化设计

随着潜艇下潜深度的不断增加和高强度钢材的使用以及壳体上开孔的增多，大直径环肋圆柱壳的纵向刚度不足的问题逐渐凸现出来，而纵横加筋的结构形式不失为一种有效、实用的解决方案。本文以大的容积重量比为目标，采用多目标分层序列优化法和遗传算法对纵横加筋圆柱壳进行优化分析，并以matlab为平台开发出了相应的程序，运用程序系统进行了系列多目标优化设计数值分析，得出了若干有益的结论。同时，本文开发的程序系统亦可供工程设计使用。     

复合材料纵横加筋圆柱壳自由振动分析

使用能量法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love's理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,然后代入Lagrange方程得到频率方程.通过比较,文中的计算方法所得到的结果与文献比较吻合.采用平均法计算的结果比采用离散方法计算的结果偏小.最后还研究了壳体和加筋结构参数以及静水压力的变化对圆柱壳自由振动频率的影响.文中利用平均法来处理加筋结构,简化理论推导并减少了计算.     

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。     

水下爆炸作用下加筋圆柱壳结构协同优化设计

在系统级优化中,以协调优化目标值和独立优化目标值之间差异最小化为目标函数.采用由多岛遗传算法的构成的二级优化策略,对水下爆炸作用下加筋圆柱壳结构进行了静动态协同优化设计.分析表明优化后结构不仅具有更轻的质量而且使得结构的最大变形值更小,同时仍满足强度和刚度要求.     

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。     

基于改进非支配排序遗传算法Ⅱ的驳船调载方案多目标优化研究

随着货物的大型化,装船的难度和时间消耗增加,驳船各项安全参数易达到极限。为提高驳船压载效率,控制滚装作业过程中船体的总纵弯矩,以驳船最大总纵弯矩和调载时间为优化目标,以驳船与码头的高度差、纵倾角为约束条件,构建驳船调载方案的优化模型。针对该模型特点,采用NSGA-Ⅱ进行求解,并通过贪婪初始化种群改进算法,有针对性地提高算法初始种群的质量,实现算法的快速收敛。最后,以不同重量的货物滚装装船进行仿真试验。试验结果表明,采用改进NSGA-Ⅱ优化求解调载方案,可有效缩短调载时间,减小船体总纵弯矩,具有一定的工程应用价值。     

纵横加肋圆柱壳稳定特性

在一定条件下,环肋圆柱壳稳定性存在异常特性区间,即减小舱长或增大横向肋骨尺寸,环肋圆柱壳总稳定性理论临界压力不变。在这两类异常特性区间内,可以通过加设纵骨的方式来提高圆柱壳结构的总稳定理论临界压力。当相对厚度减小时,纵骨在提高总稳定临界压力方面的作用更加明显。纵横加肋圆柱壳横向刚度不足时,其稳定性也存在异常特性区间,即增大纵骨尺寸,总稳定理论临界压力保持不变。     

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.     

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.     

基于遗传算法的环肋圆柱壳结构优化设计

本文对某潜器的环肋圆柱耐压壳结构开展以减重为目标的优化设计,通过使用遗传优化算法,以环肋圆柱壳结构中的肋骨尺寸、肋骨间距及壳体厚度作为优化设计变量,在强度和稳定性满足的约束条件下,得出优化后重量较轻的设计方案,同时结合理论和数值方法校核该方案下强度和稳定性,以验证方案有效性。研究结果表明,优化后理论与数值计算得出强度与稳定性符合规范要求,优化后环肋圆柱壳结构重量得到有效降低,该研究方法可为今后类似结构物优化设计提供参考。     

超长舱段加筋圆柱壳结构优化设计

针对超长舱段加筋圆柱壳结构,分别基于等刚度和变刚度的设计理念,采用遗传算法对其结构进行优化设计研究,探究了不同分段方案以及不同材料参数对其优化设计方案的影响,优化结果表明,当材料的屈服强度较低时,由于受到强度条件限制,分别采用变刚度和等刚度的设计理念优化得到结构方案差异较小;而当采用高强度材料时,稳定性为结构设计的积极约束条件,采用变刚度的设计理念可以得到重量更轻的设计方案;同时,不同的分段方案对优化结果也有一定的影响.     

水中有限长加肋圆柱壳的平均辐射率

利用模态展开法,推导了水中有限长不加肋和加肋圆柱壳平均辐射率理论公式。分析了流体负载有限长无肋圆柱壳与其等效矩形板的联系,及轻、重流体负载圆柱壳模态波数图和辐射特性的差异,提出了水中有限长无肋圆柱壳平均辐射率的半经验公式。与理论结果对比表明,半经验公式能很好地反映平均辐射率的整体趋势或平均值,特别是在中高频。在此基础上,通过引入修正因子将该半经验公式拓展至加肋圆柱壳情况,修正因子与肋骨根数、肋骨总质量与壳体质量比有关。数值对比表明,该公式能较好地反映辐射率的趋势或平均值,对不同尺寸圆柱壳、不同数量肋骨都有较好的适应性。     

变截面加筋柱壳结构振动特性分析

采用Riccati变换和传递矩阵相结合的方法,对一种典型的变截面加筋柱壳—锥柱组合壳加筋结构的振动特性进行分析,建立求解真空中变截面加筋柱壳结构强迫振动的半数值半解析法,并用通过与有限元法计算结果的对比,验证该方法的有效性。同时,分析锥壳与柱壳交角及环肋尺寸对锥柱组合壳加筋结构振动特性的影响。结果表明,交角的存在能显著降低壳体的振动,环肋的尺寸在低频时对振动影响较小,高频时随着环肋尺寸的增加能整体上减小结构的振动,但在部分响应峰值点加速度显著增大。     

加筋圆柱壳开孔结构强度分析

加筋圆柱壳开孔结构是潜艇典型耐压船体的主要结构形式之一,如何避免在开孔周围造成应力集中,即开孔结构补强是工程中特别关心的问题。在设计过程中,因为要多次建模分析,会导致设计分析效率变低,所以开发了加筋圆柱壳开孔结构的参数化建模分析程序。基于参数化建模分析程序,讨论了多参数对于开孔周围应力集中的影响。     

环肋圆柱壳在水下爆炸冲击下的响应

针对水下非接触爆炸问题过程复杂、计算速度慢的问题,本文以一环肋圆柱壳为例,基于以内嵌的水下爆炸载荷计算方法和声-结构耦合方法为关键技术的水下爆炸分析法(AUA),对其水下爆炸冲击下的响应进行了分析。结果发现,壳板厚度对圆柱壳的水下非接触爆炸响应有较为显著的影响,随着壳板厚度的增加,环肋圆柱壳最大位移减小的幅度逐渐变小。在爆炸初期爆距对环肋圆柱壳冲击响应的影响不大,随时间的推移这种影响逐渐增大,环肋圆柱壳各测点变形随爆距的增大线性减小;当肋骨间距大于0.25倍环肋圆柱壳长时,环肋圆柱壳最大变形量可减小90%;继续减小肋骨间距,环肋圆柱壳最大变形减少量并不明显,说明肋骨对其附近测点和中间的板壳起到了显著的加强作用,肋骨间距为0.25倍环肋圆柱壳长时为最经济的肋骨布置方式。     

水下纵肋加强圆柱壳低频振动与声辐射

采用模态叠加法建立了水下纵肋加强圆柱壳振动与声辐射计算模型,其中纵肋的建模采用了Timoshenko梁理论,且考虑了纵肋的径向弯曲、周向弯曲、轴向纵振动和扭转振动。与仅考虑纵肋径向弯曲振动的传统建模方法相比,文中计算结果与有限元解吻合更好。分析了光壳和纵肋加强圆柱壳的振动模态、壳面均方振速和辐射声功率,给出了纵肋对圆柱壳低频振动与声辐射的影响规律。结果表明,加入纵肋后圆柱壳产生了新的振动模态;在低频段某些频率附近,壳体振动有所增强,但高频振动被明显降低;加入纵肋后,圆柱壳在低频段辐射声功率会出现许多新的峰值,峰的数量随纵肋数目增加而逐渐减少,在更高频段上加入纵肋后辐射声功率明显降低。     

焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射影响研究

文章重点研究了焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射的影响。通过运用热弹塑性有限元法数值模拟环肋圆柱壳对接焊接过程,得到厚板环形焊缝的三维残余应力场和应变场,然后对含有残余应力的环肋圆柱壳动力特性进行研究,并运用有限元法和边界元法分析了低频激励下其水下声辐射的特点。研究结果表明焊接残余应力对环肋圆柱壳声辐射有较明显的影响,不仅使声辐射功率曲线和外场声压曲线向低频移动,而且使在大部分激励频率上含有焊接残余应力结构的声辐射功率和外场声压均大于无焊接残余应力结构。     

弹性圆柱壳的刚度优化设计

研究在任意轴对称边界条件下和任意轴对称分布载荷作用下体积保持常数的圆柱壳的两类优化设计问题:极小化圆柱壳的最大挠度和极小化圆柱壳的柔度.采用阶梯折算法,用传递矩阵导出变厚度圆柱壳平衡问题的初参数解的显式表达式,将优化设计转化为极小化目标函数的非线性规划问题,并采用广义简约梯度法进行优化计算.对典型问题的计算表明,该方法能解决受应力、几何等约束的离散变量结构优化设计问题,计算过程具有编制程序方便、收敛快和精度高的优越性,是一种理想的优化设计方法.     

流场中变截面加筋柱壳结构声振特性分析

基于传递矩阵法给出了流场中变截面加筋柱壳结构在受集中力和声压作用下振动与声辐射的求解过程,并在确定模态截断算法有效性的基础上开展对结构振动特性的研究,分析了环板-圆柱壳加筋柱壳结构的损耗因子、流体介质、壳体厚度、环肋数目对其声振特性的影响.结果表明,流体介质的存在使结构振动减小,辐射声压增加;损耗因子增加,振动和辐射声压在中高频段降低;壳体厚度增大,壳体的振动响应减小,低频段辐射声压降低,高频段辐射声压交叉波动;环肋数目增加,结构振动减小,在中高频段,辐射声压降低.