内压下矩形耐压舱角隅结构形状和拓扑优化设计

为解决内压下矩形耐压舱角隅结构应力集中的问题,提出了角隅结构形状优化和拓扑优化的数学模型。采用子模型技术对结构进行精细化静强度应力分析,以角隅边界形状的变化作为设计变量,极小化角隅结构的应力,得到的最佳角隅形状为弧形。在此基础上,极小化角隅结构的应力,对耐压舱角隅肘板进行拓扑优化设计,寻求肘板材料的最优分布和管路铺设的空间,得到了具有内部圆形开孔和去掉三角形尖角的新型肘板结构。弧形角隅形状和开孔新型式的肘板有效地降低了角隅结构的应力集中。建议的方法可为类似结构的优化设计提供参考。     

船体应力释放孔的优化

对部分应力集中十分严重的船体结构区域,可以通过设置应力释放孔的方法来控制其应力峰值。为了最大程度地改善关注区域应力峰值,以应力释放孔的形状、尺寸和位置等参数为设计变量,以开孔边界、施工工艺和非优化区域应力水平为约束条件,以优化区域的材料屈服利用因子最低为目标,对应力释放孔进行形状优化和尺寸优化。基于Isight平台,集成应力释放孔的参数化建模程序,采用遗传算法迭代求解,可得到最优设计方案。     

构件可靠性的形状优化方法

提出了基于构件可靠性的形状优化方法。并将基于可靠性的形状优化方法与一般的结构形状优化方法进行了实例比较。结果表明基于可靠性的结构形状优化设计兼顾了结构的合理性、可靠性和结构优化三者的关系,使结构达到了经济与安全的统一;而在不考虑结构可靠性的情况下进行结构形状优化设计虽然能够大幅度降低结构的重量,但导致构件的可靠性降低。     

甲板矩形开口角隅形状优化设计和光弹性试验

本文采用边界元法和带自适应移动界限的序列线性规划对船舶甲板矩形开口角隅进行形状优化设计,使应力集中极小化,并由光弹性试验加以验证。文中讨论了各种尺度对角隅优化形状及其应力集中系数的影响,推荐了一种用坐标表示的甲板矩形开口角隅拟优化形状。采用该形状与现行规范提出的椭圆形相比,至少可降低应力集中系数8%,节省材料18%。     

基于微观遗传算法的结构形状优化设计

在形状优化中,传统的优化方法对目标函数和约束条件形态的要求严格,难以获得全局最优解。为解决这个问题,将微观遗传算法应用于结构形状优化中。既消除了对目标函数和约束条件形态的限制,提高了全局寻优能力;又减少了结构分析次数,节省了计算时间,为结构的形状优化提供了一种实用方法。通过算例,验证了该方法的正确性。     

全局优化算法在船舶结构优化设计中的应用

为了提高船舶龙骨结构在受力过程中应力分布的均匀性和提高材料的利用率,本文采用Hypermesh软件建立了龙骨结构有限元模型,并结合其MORPH功能定义筋板形状变量,建立形状优化模型。随后,将全局优化算法与形状优化模型相结合,对船舶龙骨结构进行优化设计。结果表明,在筋板交错位置增加筋板高度能够有效提升龙骨结构整体刚度,其余位置可以采用较小的筋板高度。本文研究可为船舶龙骨结构改进设计提供参考。     

单侧触水复杂形状薄板的自由振动特性分析

[目的]旨在研究单侧触水弹性边界下复杂形状薄板的自由振动特性。[方法]选取包络复杂形状薄板域的矩形域并将薄板位移用矩形域内的改进傅里叶级数表示,结合Rayleigh积分建立表面声压和薄板位移的关系,并将积分式转换到局部极坐标中以避免奇异性,针对局部极坐标中该变限积分中的边界曲线难以获得显式表达式的问题,用“以直代曲”的方式处理结构边界曲线以简化Rayleigh积分,基于能量原理建立了分析单侧触水复杂形状薄板自由振动特性的半解析方法。[结果]给出了单侧触水矩形薄板、圆形薄板和一些复杂形状薄板的算例,与有限元及文献结果对比验证了该方法的收敛性和准确性,并讨论了弹性边界对薄板附加虚拟质量增量因子（added virtual mass incremental, AVMI）的影响规律,各阶AVMI因子在边界位移弹簧无量纲化刚度为103附近出现最大值,此时结构受流体影响相对最大。[结论]该方法适应性较强,计算效率较高,揭示了流体中复杂形状薄板的自由振动规律,具有一定的工程指导意义。     

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。     

船体结构弹塑性问题边界元与有限元耦合解法

本文对应力梯度较小的部分采用有限元法,对应力梯度大和带开孔且形状复杂的部分采用边界元法,建立了由薄板组成的三维结构耦合方程,分析了弹性和弹塑性应力状态。     

网格变形技术在船用克令吊结构优化设计中的应用

随着计算机技术的不断发展和完善,以计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)为基础的船舶结构优化技术逐渐成为行业内的研究重点。在工程优化中,与传统优化技术相比,形状优化的潜力非常巨大。本文研究网格变形技术,并将该技术引入形状优化算法中,提出基于Kriging近似模型的多目标优化算法。     

集装箱船上层建筑结构优化研究

针对船舶上层建筑结构抗压性低的问题,提出集装箱船上层建筑结构优化研究。利用结构有限元理论,对船舶上层建筑的结构参数进行提取并优化,结合BP神经网络计算上层建筑的结构优化特征,在参数优化和结构特征计算的基础上,对上层建筑结构的尺寸、形状和拓扑进行优化,实现船舶上层建筑的结构优化过程。仿真实验结果表明,上层建筑结构优化方法能够提高集装箱船上层建筑的抗压性,具备有效性。     

16500 m~3液化气船的总体设计

对16 500 m~3液化气船的总体设计、布置、性能等进行研究,得到船体结构型式、结构尺寸、液罐的形状。通过优化舱室布置、液罐形状、上层建筑结构等,使该船总体布置合理,线型美观,适航性能好,安全可靠。     

舰船典型节点参数化建模及形状优化

给出一种船舶结构典型节点的参数化建模及形状优化方法,利用APDL建立某典型节点参数化模型的方法,将该节点形状参数定为设计变量,节点的应力集中系数作为优化设计的目标函数。通过不断改变形状参数,找出较小的应力集中系数。结果表明,该方法可有效降低应力集中,为舰船典型节点结构设计和优化提供参考。     

水压工况下船底结构拓扑优化设计

针对典型的船底结构,考虑其在水压工况下的特殊环境,本文研究船底结构拓扑与形状优化设计。首先,为了让结构重量在水压工况的标准下能够尽量减小,本文对船底结构的形状以及尺寸进行改进,使其船底结构的尺寸缩减了14.19%;其次,为了让船底结构的空间布局更加合理,对船底结构进行拓扑优化,增加船底结构的固有频率。通过模态分析,研究船底结构的应力约束,将得到的固有频率作为拓扑优化过程中的目标函数。研究结果表明,优化后的新船底结构在水压工况下布局分布更加合理,并且有利于船底的仪表仪器安装以及线路的铺设等。     

基于MSC/NASTRAN的小水线面双体船结构优化设计研究

该文对NASTRAN的最新结构优化方法和结构优化流程作了介绍,阐述了NASTRAN一般结构优化的数学模型和拓扑优化的物理模型。以小水线面双体船的舱段模型为研究对象,首先以提高舱段结构的整体刚度为目标进行拓扑优化、形状优化和尺寸优化,进而结合工程适用性提出贴近优化结果的可行优化设计,最后通过有限元直接计算比较验证了优化方案相对常规设计的结构响应的改善。     

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。     

新型通海阀流噪声的数值模拟对比研究

角式双球阀作为一种新型通海阀,针对其内部流道结构在不同流速下产生的噪声问题,基于计算流体动力学（CFD）与直接边界元法（BEM）对其进行流噪声数值模拟研究,分析2种不同结构形状角式双球阀的流噪声声压级以及其不同流速下的流噪声变化规律。结果表明,2种结构声压级均随频率的升高而降低,低流速时,双球阀低频特性更明显;开放式流道结构流噪声声压级明显高于封闭流道结构,由于封闭流道结构内部流体较好的流通性,其噪声总声压较开放式结构下降约26.9%,降幅为17 dB(A),封闭结构设计可以有效降低通海阀内流道流体脉动压力与流噪声,从而为新型通海阀的降噪优化提供一种新思路。     

船舶典型节点的形状优化设计

船舶结构容易在连接构件处产生应力集中。采用子模型方法对应力集中区域进行精细化分析,并提出节点连接构件形状优化设计数学模型。基于节点子模型,分别以肘板和垂直桁的形状参数为设计变量,以关注区域结构最大Mises应力极小化为目标函数,采用Optistruct软件进行形状优化设计。计算结果表明,优化方案大幅降低了节点结构的最大Mises应力,同时应力分布更加均匀,为船舶节点结构精细化设计提供了参考。     

利用Boussinesq方程对作用于大直径圆筒结构上的波浪力进行数值模拟

采用求解Beji和Nadaoka改进的Boussinesq方程,模拟了波浪在多个串连大圆筒结构前的反射,得到了作用于圆筒结构上的波浪力。空间离散采用有限元方法,可以较好地适应圆筒结构表面形成的复杂边界形状。数值模拟结果与公开发表的物理模型试验成果进行了比较,符合较好。     

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.