低噪声控制阀优化设计及试验验证

控制阀在舰船管路系统中运行时受流体激励产生振动噪声,抑制阀门节流口空化及降低阀内流动脉动是低噪声控制阀设计的关键。该文基于计算流体动力学方法,以某型分层迷宫式控制阀为对象,进行了低噪声的优化设计。优化设计方案采取了一系列有利于抑制空化、均匀流场并降低流动脉动措施,包括应用双层渐变开孔阀套、入流整流装置、阀芯吸振装置、出流导流装置等。优化设计方案的流动计算分析结果表明,优化设计方案有利于降低振动噪声源。通过对普通控制阀、分层迷宫式控制阀和新型低噪声控制阀台架试验对比结果表明,相同水力状态下新型低噪声控制阀水动力噪声、振动响应和空气噪声皆显著降低,优化设计方案得到了试验验证。     

单人常压潜水装具躯体结构的多目标优化设计

文章采用基于响应面（RSM）近似模型和多目标遗传算法（MOGA）对新型单人常压潜水装具躯体结构进行多目标优化设计。首先建立躯体的结构优化模型,分析设计变量对设计目标的影响。通过试验设计（DOE）得到设计目标的响应特征,拟合建立响应面近似模型,最后采用遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到躯体结构的优化设计方案。     

载人潜水器耐压球壳的多目标优化设计

采用基于响应面(RSM)近似模型和遗传算法(GA)对某深海载人潜水器耐压球壳进行多目标优化设计。首先建立深海载人潜水器耐压球壳的结构优化模型,通过试验设计(DOE)获得设计目标的响应特性,拟合得到响应面近似模型,最后采用Pareto遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到潜水器耐压球壳的优化设计方案。     

载人潜器非耐压结构多目标优化设计

基于近似模型技术和多目标优化理论开展框架结构优化设计。针对传统优化方法不能实现自动计算和连续优化的问题,采用APDL参数化语言实现了框架结构的参数化建模,并将Ansys与ISIGHT集成搭建了框架结构的优化设计流程。基于试验设计,根据灵敏度分析完成了框架结构设计变量的筛选,通过近似模型的精度分析构建了框架结构响应面近似模型。采用响应面近似模型进行数值计算,使用智能优化算法完成框架结构单目标和多目标优化设计,并将结果与有限元计算值对比,验证基于近似模型优化的准确性。     

载人潜器非耐压结构多目标优化设计

基于近似模型技术和多目标优化理论开展框架结构优化设计。针对传统优化方法不能实现自动计算和连续优化的问题,采用APDL参数化语言实现了框架结构的参数化建模,并将Ansys与ISIGHT集成搭建了框架结构的优化设计流程。基于试验设计,根据灵敏度分析完成了框架结构设计变量的筛选,通过近似模型的精度分析构建了框架结构响应面近似模型。采用响应面近似模型进行数值计算,使用智能优化算法完成框架结构单目标和多目标优化设计,并将结果与有限元计算值对比,验证基于近似模型优化的准确性。     

基于多目标优化和多属性决策的数据采集装置总体优化设计

舰船数据采集装置的设计需兼顾装置总体质量、装置散热性能、装置结构变形及装置结构强度等多种要求,是一个典型的多目标优化设计问题。本文采用基于精英策略实数编码、带跳变算子的非支配排序多目标遗传算法(RNSGA-II-SBJG算法),开展考虑上述要求的数据采集装置总体优化设计;考虑数据采集装置工作过程中热-结构耦合效应,建立多场耦合分析模型,基于响应面方法构建代理模型,引入灰色关联度分析方法计算Pareto解集与理想解的关联度,对优化解集进行评价排序。应用上述方法对某数据采集装置进行优化设计,数值结果表明,径向基函数拟合精度高、Pareto解集分散良好,基于灰色关联度分析的优化解评价方法能够有效、合理地选取优化设计方案。     

基于MASTA的齿轮低噪声设计方法研究

分析齿轮装置减振降噪的措施以及齿轮设计参数对其振动噪声的影响。基于MASTA软件对某齿轮传动装置进行强度和传递误差分析计算。使用MASTA软件宏观参数优化模块对齿轮设计参数进行优化改进,优化后提高了齿轮装置的强度,减小了传递误差;在优化后的基础上,再运用MASTA微观修形模块进行修形设计,修形后传递误差进一步降低,并试验验证MASTA软件优化设计以及修形的可行性。MASTA软件为齿轮优化设计提供了有效方法,它可以作为良好的齿轮低噪声设计工具平台。     

基于ANSYS Workbench的船用橡胶减振器振动优化设计

文章针对某船用橡胶减振装置水平方向振动大而容易失稳的问题,提出了一种改进橡胶减振器动力学特性的优化设计方案。采用Pro/E软件建立分析模型,将模型导入到ANSYS Workbench结构分析模块中进行有限元分析,以减振橡胶尺寸参数为设计变量,减振装置的水平模态频率为目标函数,通过迭代计算得到橡胶尺寸的最优设计解。然后应用谐响应分析法分别计算优化前、后的减振装置在受到相同水平方向简谐激励力作用下的振动响应。结果表明,优化后的减振装置振幅大幅下降,优化效果明显,可为解决类似问题提供技术参考。     

某型船用橡胶-金属环减振性能优化分析

以离散变量优化法、多目标优化法为基础,在OptiStruct软件中对橡胶金属环参数进行优化设计;结合优化理论及优化软件,制定出适用于联轴器这类大型复杂装置的性能结构优化方法,不但能够精确计算得到装置参数的具体优化数值,还能据此进行装置各部件形状结构及尺寸的改进;没有数据转化及因此造成的信息丢失等失真情况,对于优化算法的结果应用于实际装备提高装备的各项性能具有重要意义,对改善系统动态性能,降低系统的振动噪声,为联轴器的科学设计提供理论和实验依据。     

基于多目标遗传算法的潜器外形优化设计

计算流体力学软件应用于潜水器外形优化设计时,精度虽高,但效率低下。因此研究了试验设计和响应面模型技术,提出了一个潜水器外形优化设计的策略。其基本思想是:首先应用Gambit软件的日志文件建立起水动力分析模型,然后根据设计要求选取设计变量,用试验设计的方法在设计变量空间里选取样本点并进行阻力性能计算,得到各样本点的响应,并建立阻力、包络体积的二阶多项式模型响应面模型。潜水器设计时需要考虑能源与设备布置要求,因此将阻力与体积作为艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了Pareto最优解集。结果表明,文中采用近似模型的艇型优化过程,不但效率得到提高,精度也能得到保证,而且由CFD结果建立的阻力估算公式可以为后续设计带来很高的参考价值。     

基于响应面法的SPS舱口盖结构多目标优化

本文以轻量化为前提,设计传统钢制板架舱口盖的钢聚氨酯夹层板(Steel-Polyurethane Sandwich plate,SPS)替代方案.对不符合结构刚度、强度要求的初步方案,采用基于BBD(Box-Behnken Design)设计的响应面法进行结构多目标优化设计,以结构变形和等效应力作为优化目标,结构尺寸及质量为约束条件,建立响应面模型,得到优化后的SPS舱口盖设计方案;并采用有限元仿真方法,对优化前后的方案进行了仿真计算,对优化目标进行了详细对比,验证了优化的有效性和必要性.对比结果表明:优化后的SPS舱口盖结构,在减重9.28％的情况下,变形减少了36.7％,应力降低了30.5％;说明采用响应面法对SPS舱口盖实现多目标优化可行,且优化效果明显.     

空爆载荷作用下波形夹层板抗爆结构优化设计

为了提高空爆载荷作用下夹层板的抗爆能力,提升其在舰船和海工装备上的应用程度,本文提出了一种针对波形夹层板结构的优化方法,该方法以结构质量和在爆炸载荷作用下的结构应力、变形以及吸能作为评估标准,利用正交试验筛选出样本点,通过BP神经网络生成夹层板结构参数与评估标准间的响应面模型,用遗传算法对响应面模型进行多目标优化分析,得出全局最优解,形成一套夹层板的优化设计方案,这为夹层板抗爆结构优化设计提供了一种新的设计思路和优化方法。     

基于粒子群算法的水翼剖面优化设计

水翼是船舶设计和各种水中运动装置设计的重要组成部分,在船舶海洋工程领域的应用十分广泛.采用粒子群优化算法(PSO)对三维水翼翼型进行了以提高升阻比为目标的优化设计.翼型由解析函数线性叠加法表示,目标函数和粒子的适应度由基于面元法的流场数值解来提供.整个优化计算过程较传统的优化方法原理简单,计算量小,优化后的水翼型能较原翼型的水动力性能有明显改善.优化结果验证了粒子群优化算法结合面元法在水翼剖面优化设计中的可行性,对今后水翼剖面优化设计有一定借鉴意义。     

基于响应面法的潜载导弹垂直发射装置多目标优化

针对某型潜载垂直发射装置的冲击降载问题,利用响应面法与优化技术相结合的设计方法,进行了发射装置结构优化设计.首先利用拉丁超立方试验方法采样,通过Ansys workbench平台进行发射装置抗冲击性能分析,构建发射装置受冲击结构载荷和总质量的响应面,研究结构参数对发射装置综合性能的灵敏度;再运用多目标驱动算法对发射装置进行多目标优化,得到其最优解集,最终实现其抗冲击性能提高14.9％,发射装置整体质量降低2.1％.结果表明,该方法具有较高的精度和实用性,对相关理论研究和工程应用具有一定的价值.     

船舶辅机的隔振设计及船体耦合振动分析

为了减小船舶的振动与噪声,对某船用空压机组进行了浮筏隔振装置的设计,其中包括隔振参数的确定以及筏体结构的设计等。通过建立隔振系统的有限元模型,分析了该系统的动力学特性,包括振动模态、振动传递率以及对于冲击的响应。为了揭示实船隔振系统的规律,将空压机组浮筏装置的有限元模型拓展到全船,分析了隔振装置装船后的耦合振动模态,讨论了船舶结构的振动对浮筏系统隔振效果以及冲击响应的影响。在此基础上,探讨了提高船舶辅机浮筏隔振系统动力学性能的途径。     

基于DDAM方法的船舶柴油机排气消声器抗冲击优化研究

消声器是船舶柴油机排气噪声控制的必要装置,其结构特点使得结构整体刚度偏低,在冲击环境下将产生较大的应力与形变,进而导致结构产生塑性变形或破损,这将对柴油机排气噪声抑制产生较大的影响。本文基于动态设计分析方法,以典型柴油机排气消声器为研究对象,进行冲击响应分析,并结合其应力与位移分布特点,从质量刚度分布优化与结构形式优化两方面出发,对其进行抗冲击优化研究,提出了一些抗冲击优化设计的方法。     

船舶低频振动噪声的自主控制方法

在船舶航行过程中,由于设备长时间运行出现振动的情况从而产生噪声,严重影响设备的使用寿命,威胁船舶航行安全。为了有效解决船舶低频振动噪声,保障船舶平稳、安全的运行。结合振频离散峰值特征对船舶低频振动噪声的自动控制方法进行分析和研究,通过分析船舶设备振动频率范围,对船舶设备振动噪声控制算法进行完善,从而获得船舶振动噪声响应特征数据,并根据振动噪声计算结果对船舶设备低频振动噪声控制系统进行设计,以达到保障船舶设备运行稳定性,提高船舶安全的设计目标,最后通过仿真实验证实,船舶低频振动噪声的自主控制方法可有效控制船舶设备振动产生的噪声,保障设备运行的稳定性和安全性。     

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。     

基于多层次法的浮箱结构优化设计

对浮箱进行结构优化可减轻结构自重以提高有效载重量，从而能够满足更大吨位的载重要求，改善经济性。针对浮箱的板梁结构形式特点，采用综合应用双向渐进结构优化（BESO）和响应面法（RSM）方法的多层次结构优化设计方法，进行浮箱结构优化设计，涵盖尺度优化、拓扑优化和截面优化3个层次。该方法的核心是使用BESO方法从基结构中获得优化解。在尺度优化层次，根据不同的主要尺度参数建立相应的基结构模型，应用BESO法得到相应优化解，并建立响应面模型进行尺度优化求解。在拓扑优化层次，根据最优尺度参数重新建立基结构模型调用BESO法求解，得到最优拓扑。由于最优拓扑解存在锯齿边，在截面优化层次需要对各截面进行光滑处理。将光滑处理问题转化为对截面参数的求解，建立截面参数与优化目标的响应面模型，最终确定各截面形状。通过某浮箱的结构优化设计实例，验证了多层次结构优化设计方法的可行性和有效性。     

大型集装箱船舶优化设计中响应面法的应用

在水上货物运输中,集装箱船以其自身的优势得到广泛应用。由于此类船型主要是以便于集装箱的装卸作为设计依据,从而使得船型结构存在一定的不足,如果出现过大的扭转便会造成船体变形。为了解决这一问题,应当对集装箱船舶的结构进行优化设计。在各种优化设计方法中,响应面法的效果比较好。因此,可在集装箱船舶优化设计中对该方法进行合理运用。从大型集装箱船舶的结构特点分析入手,论述了响应面法在大型集装箱船舶优化设计中的具体应用。