悬挂舵钢骨架分步拓扑优化方法研究

针对传统拓扑优化结构不易实现工程转化的问题,本文提出分步拓扑优化的方案,并以潜艇升降舵为研究对象,通过Abaqus有限元仿真对其骨架形式进行了优化,将优化结果应用到复合材料舵中,使结构质量减轻39.38 kg,同时扭转角度减小了72.8%,显著提高了骨架的材料利用率,证明了该优化方法的有效性。     

抗振板壳结构的仿生拓扑优化设计方法

以抗振结构设计为目标,将仿生设计技术应用于板壳结构加强部件的分布设计中,提出了一种简单高效的结构拓扑优化设计方法,以处理具有复杂边界条件的抗振板壳结构的拓扑优化设计.将结构加强部件分布的形成看成和植物根系的成长过程一样,加强部件从给定的"种子"出发,根据一定的成长规则生长、分歧或退化,在体积增量的控制下,形成最优的分布形态.设计结果可作为进一步详细设计的近似优化模型.对一些典型的抗振板壳结构进行了设计,结果表明所提出的方法克服了现有的结构拓扑优化技术的一些局限性,可简单有效地处理复杂结构的设计问题.     

薄板减振降噪的拓扑优化设计方法

本文采用结构拓扑优化均匀化法，研究了一对短边固支薄板减振降噪问题。通过对比加肋、粘敷阻尼和改变拓扑等条件下结构固有频率和声辐射特性的变化，指出采用结构拓扑优化方法对解谐和减振降噪阻尼材料配置的高效性。对船舶声学隐身设计具有指导意义。     

超大型集装箱船中横隔板拓扑优化方法研究

随着国际货运需求的增加,大型集装箱船的吨位越来越大,为节约建造成本,在设计阶段有必要对集装箱船结构进行优化。本文以超大型集装箱船的板架结构作为研究对象,探索拓扑优化在箱船中的应用。在指定应力强度的约束条件、以结构重量最轻为优化目标下,对中横隔板的几何形状进行优化计算。此外,为了使优化后的结构拓扑形式便于生产、加工,约束条件还增加了轴对称条件。迭代优化后的结果表明,横隔板下部材料可以去除,一方面节约船体空间,有利于管道、电缆的铺设;另一方面结构重量（相对于原横隔板）减少了18%,而最大应力只增加1.5%。在箱船横隔板设计中,可以采用相同的方法进行拓扑优化以获得更好的拓扑形状。     

基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究

研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓扑优化设计的优化对象、单元类型、初始板厚、工具方法、约束条件、体积分数、工况加权权值等主要控制参数进行研究。文中给出工程上适用的舱段拓扑优化基结构建模方法和计算方法,并以某一单纵舱壁型VLCC为例,分别采用SIMP法和BESO法给出舱段主要支撑结构拓扑优化的清晰构型。     

基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究

  目的  船体结构拓扑优化的设计域通常是基于二维板壳单元,而设计域板厚的取值差异又会对体积分数约束值的设定以及稳定拓扑构型的获得带来影响,进而制约拓扑优化方法在船体结构设计领域的实用化,故需要开展相关研究予以解决。  方法  以VLCC油船货舱内的横向强框架为优化对象,提出一种设定复杂船体结构体积分数约束值的折衷方法及基于单元统计识别构型并确定最小稳定拓扑板厚的方法。  结果  通过理论分析及相关试算发现,使用该方法可以获得较为可靠的体积分数约束值和设计域最小稳定拓扑板厚。  结论  所提方法具备有效性和可行性,可为大型油船横向强框架的拓扑优化提供技术支撑,同时还可为其他复杂船体结构的拓扑优化提供参考。     

基于ANSYS Workbench拓扑优化对止动架轻量化的研究

针对止动架重量过大及焊接、维修工艺性差等问题,本文提出将拓扑优化方法应用到止动架轻量化设计中。首先,进行三角板模型的静应力有限元计算,并对三角板模型进行拓扑优化,通过对比三角板模型优化前后的计算结果,验证了拓扑优化方法的可行性。然后将拓扑优化方法应用到止动架结构优化设计中,达到了轻量化设计的目的。该方法可应用于同类大型焊接结构件的轻量化设计,具有一定的工程应用价值。     

基于均匀法的风雨载荷下折叠式舱口盖拓扑优化设计研究

本文以48500DWT散货船舱口盖为研究对象,提出改变传统折叠式舱口盖设计方法,引入拓扑优化的方法对舱口盖横梁腹板、纵桁腹板进行优化设计。通过ANSYS模拟仿真分析,找出最佳力传递路径的结构布置形式,根据优化结果提取节点信息,经过对拓扑优化后的模型进行二次优化,完善了拓扑优化的结果,使其材料布局形式更合理,研究结果表明,基于均匀法的拓扑优化方法运用于折叠式舱口盖的设计中,可改善舱口盖横梁腹板、纵桁腹板结构,保证其强度并且达到轻量化设计的目的,为舱口盖横梁腹板、纵桁腹板的结构设计提供参考依据。     

圆柱形水下航行器多学科优化设计方法研究

基于Isight软件,对圆柱形水下航行器开展了多学科设计优化技术的研究。首先将圆柱形水下航行器划分为阻力、结构、能源和推进四个学科,对每一个学科进行了详细的建模与分析,然后基于序列二次规划法,霍克-吉维斯直接搜索法以及多岛遗传算法三种优化算法对每个学科进行了单学科优化,在得到优化结果的同时,确定了最适合每个子系统的优化算法。接着确定了四个学科的耦合关系,完成了协同优化框架和同时分析与设计框架下多学科优化模型的构建。基于这两个多学科优化框架,分别在系统级优化器中采用上述三种优化算法,对圆柱形水下航行器进行了多学科设计优化,得到了满意的优化结果。最后总结出了一套适用于微小型水下航行器的多学科设计优化方案。     

基于改进遗传算法的双向渐进结构优化方法研究

本文提出了一种基于改进遗传算法的软删除双向渐进结构优化法(G-BESO),以解决传统双向渐进结构优化法(BESO)中参数(如进化率)设置不当而导致无法获得最优拓扑构型的问题.首先确定单元权重系数与单元密度的递推关系式,形成一种考虑单元密度历史信息的材料插值模型,从而增强恢复误删高效单元的能力.然后引入遗传算法中的交叉和变异操作,启发式地更新结构状态以提高全局寻优能力.最后将该方法编写成可用于实际工程结构优化设计的程序.算例表明,提出的方法能稳定得到最优拓扑形状且计算效率更高,可为工程结构的拓扑优化设计提供一定参考.     

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。