基于知识的船体结构快速设计及优化

在确保安全的前提下,快速设计出优秀船体结构并实现快速修改是船舶设计师梦寐以求的目标。文章针对这一目标,提出了基于知识的船体结构快速设计方法,引入船体结构知识本体的概念,将知识工程原理和参数化技术相结合,对船体结构设计知识库的建立进行了研究,实现了船体结构三维快速优化设计。设计中设计船的结构构件位置通过位置参数确定,构件尺寸通过母型知识库并运用NURBS函数插值再结合规范要求获得,对主要结构采用量子行为遗传算法进行优化。实例表明,该方法将设计知识嵌入到船体结构知识本体中,既有助于设计知识的保留和再利用,又能实现对设计结果的自动检查,进而快速获得合理的船体结构。     

船体结构特征数据库建立方法研究

目前,在舰船船体结构设计行业中,大多实现了数字化船体结构设计。数字化设计技术的普及,提高了船体结构设计的水平,不过由于船体结构的复杂性和特殊性,需要设计一个集成化的船体结构数据库来管理繁杂的构件数据。为实现这一目标,分析船体结构的组成,将1艘完整的船体分成多个段。对各段船体构件间复杂的空间关系进行分析,再按照功能和位置来归类船体数据。在此基础上,实现船体结构特征数据库的设计,为船体设计过程提供有效帮助。     

知识工程应用于船舶局部构件智能化设计研究

针对传统的Tribon系统局部构件内建样式少、交互式重复操作造成的效率低,提出了基于知识工程的船舶局部构件智能化设计方法.该方法通过知识工程技术,结合Tribon系统内置TIL、Macro、Vitesse二次开发工具,获取船舶局部构件设计知识并应用于用局部构件新型样式设计,更新局部构件知识库和实现局部构件的智能化设计建模,辅助设计人员快速完成设计.肘板的设计样例表明:将知识工程应用局部构件的二次开发,大大缩短了设计时间,提高了设计的质量和效率,可减少设计人员对设计规范、经验的依赖.     

基于知识工程的斜梯快速设计

针对国内不同船厂对斜梯不同的生产要求标准,斜梯的建模过程中受设计者的经验和知识的限制,提出了将知识工程应用于斜梯快速生成的设计方法。该方法通过融合知识工程技术和TRIBON提供的Vitesse二次开发工具,建立参数化模型数据,在设计中实现快速检索斜梯相关知识,并将其应用于设计斜梯新型样式,更新斜梯设计知识库,进而提高斜梯的建模效率及设计准确度。     

基于特征替换的船体结构批量参数化建模方法

船体结构中大量相同、相似并且有依附结构的构件,建模时存在重复操作多、工作量大、构件轮廓与其依附结构难以自动随形变化及建模效率低下等特点。基于此,提出一种基于特征替换的船体结构批量参数化建模方法。基于NX开发平台,设计考虑船体结构特征的参数化草图模板,通过开发的特征识别与特征替换算法,确保新建的船体构件轮廓与其依附结构自动随形变化,实现构件的批量自动化建模。最后,对几类主要的船体构件进行测试,实现批量自动化建模,建模效率有明显提升。     

知识工程在船舶结构优化设计中的应用

针对船舶结构设计变量是涉及多种设计和约束条件的离散变量,造成结构优化的高度非线性、多峰性等问题,而且设计过程中需要设计规范和专家经验等知识支持,结合其具有很强的综合性、模糊性等特点,提出了基于知识工程的船舶结构优化设计方法。该方法利用知识工程与结构优化相结合,将获取的设计知识构建知识库应用于船舶结构优化设计,并通过知识工程技术实现参数化结构模型与优化数学模型的相互转化,降低结构优化设计对用户知识水平的要求。水密横舱壁结构的优化设计算例表明,满足约束要求的情况下,其结构重量在优化后比优化前降低了,保证了结构性能合理的同时实现重量最轻的目标;将结构参数化模型和数学优化模型结合在一起,为设计经验少的设计者提供了一种结构设计的捷径;实现了从不同资源中获取知识并应用于优化设计过程,促进设计能力的提高,降低优化设计过程对知识和经验的依赖。     

知识工程应用于船舶构件的设计研究

针对船舶制造业的激烈竞争,船舶设计工作的效率和质量决定企业的竞争力、创新力.本文提出了基于知识工程的船舶构件智能设计的方法.该方法通过知识工程的原理与智能化设计理论的结合,对船舶设计知识获取、表达方式与管理方法、产品标准构件库与设计知识库的构建进行了研究.在实现参数设计的尺寸驱动和特征驱动的同时,能实时检验零件的设计,并提出设计建议,辅助设计人员完成设计,提高设计效率和质量.甲板板架设计算例表明,在船舶设计过程中引用先进的知识工程技术,既有助于设计知识和方法的积累和继承,实现知识的重用,又能大幅度缩短产品设计周期,提高工作效率.     

大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法

多学科设计优化(MDO)是解决复杂系统工程问题的有效手段。通过对大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法进行研究,将船体结构设计分为船体横剖面结构布置方案自动生成、船体横剖面结构方案优选、船体结构重量估算3个步骤;根据总体方案提供的主尺度、横剖面外形轮廓和分层分舱等信息,依据骨材(桁材)均匀布置和余量控制的原则,生成船体横剖面结构布置方案,并提出一套参考母型船设计,确定设计船构件尺寸初值的方法;在船体横剖面结构方案优选过程中,采用调用代理模型代替板架有限元仿真模型的方法来减少结构分析的计算时间,并采用组合法获得重量最轻的设计方案。     

基于CATIA的海洋平台结构快速设计

研究了参数化设计和知识工程技术,并将2种技术应用到海洋平台结构设计当中。首先,借助参数化技术,在CATIA V5系统中建立海洋平台结构的参数化模型;其次,通过CATIA V5的知识工程模块,构建平台结构设计的知识库,实现对平台结构设计结果的校验。实例表明,应用上述2种技术进行海洋平台结构设计,不仅是可行的,还能大大缩短海洋平台结构的开发时间。     

嵌入式多波束声呐船体大开口加强结构优化研究

开口处的船体结构强度分析与评估是船舶设计与建造过程中的关键环节。采用有限元法建立某船体结构数值模型,结合强度校核规范,进行船体底部嵌入式多波束声呐大开口区域的船体结构强度分析。结果表明,开口区域船体结构的强度、加强结构型式的设计等在设计过程中应引起足够的重视。设计5种开口加强方案,通过对比总结了开口纵向位置、内凹槽直角或转圆过渡型式等因素对结构强度的影响特点。通过上述研究可知,横向开口对船体加强结构的强度影响更大,对横向开口处纵向构件进行多方案优化设计可有效掌握目标区域结构的应力分布变化及受力特点。最后提出一种较佳的设计方案,既有利于提高船体结构的强度,又便于设备的安装。     

某舰尾部上层建筑副炮加强结构刚度有限元分析

为研究某舰尾部上层建筑副炮加强结构的垂向刚度，在有限元软件ANSYS中分别建立副炮基座附近的上层建筑模型、上层建筑带部分主船体舱段模型以及全舱段模型并进行了刚度计算分析。在计算过程中，通过多种结构设计方案的对比计算，分析出了对结构整体刚度影响较大的船体构件和部位，为最终的结构加强提供了依据。着重讨论了模型范围大小、不同边界条件、加载方式以及刚度计算方法对船体结构最终垂向刚度计算结果的影响。     

双壳型船体结构稳态温度场和温度应力

用简化解析方法和有限元数值方法,分析了双壳型船体货舱区域在运载高温液货时的稳态温度场;根据船体结构的温度分布,用有限元法计算了其温度应力,同时与货物压力、海水静动压力、总纵弯矩等载荷作用下的结构应力做了比较。研究结果表明：在货舱结构温度场分析中用简化分析方法和有限元数值方法所得的计算结果相当一致;高温液货大幅度增加船体结构的纵向应力和横向应力,同时加剧结构不连续处的应力集中;槽型舱壁可以有效地释放     

大型船舶钨极氩弧重熔工艺应用

疲劳破坏是船体结构的主要破坏形式之一。改进结构节点的设计和施工工艺,可保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。钨极氩弧(Tungsten Inert Gas, TIG)重熔是改善结构节点焊后疲劳强度的有效方法。与目前船上常用的几种改善疲劳强度的方法进行分析对比,对TIG重熔工艺的重要性进行充分论证,获得实施TIG重熔工艺的技术标准和操作要点。TIG重熔工艺不仅改善结构节点疲劳强度,而且为建造具有较长疲劳寿命的大型船舶找到一个行之有效的方法,可产生良好的经济和社会效益。     

基于CATIA V6的船舶结构有限元网格方法

CATIA作为一款通用的工业设计软件,在许多制造行业得到了广泛的应用。随着V6版本较之V5版本进一步的提升了结构模型转换FEM平面单元的能力,CATIA目前已能够实现船体结构模型直接生成有限元网格。通过深入应用CATIA V6,依靠软件强大的三维建模功能,能够极大的减少船体结构划分有限元网格工作的工时。同时利用关联设计复用以往模型,进一步提高FEM模型的生成效率。甚至能够为实现船舶结构设计CAD/CAE一体化的目标提供了具有可行性的研究路径。因而本文通过分析CATIA软件生成有限元网格机制,结合船舶结构有限元分析对生成网格的要求特点,确定了具有实践性的结构建模与网格划分方法。最后通过实践案例予以验证,结合网格质量检查与优劣势分析,基于CATIA平台为船舶结构快速生成有限元网格提供了一种较为高效的方法。     

集装箱船整船有限元结构分析

文章以一艘１７００箱集装箱船为例,阐述了整船有限元结构分析方法。先建立全船有限元模型和质量模型,再用三维流体动力计算程序进行波浪随机载荷的长期预报,并在此基础上导出设计波参数组,最后,在全船有限元模型上 计算得出船体结构在各个设计波上的应力分布和变形结果,所得到的船体结构有限元分析结果对同类型集装箱船的设计和强度分析有一定的参考价值,对其它类型的船舶结构强度分析也有一定的借鉴意义。     

基于设计特征的FRIENDSHIP船型参数化方法及实现

船型设计是船舶总体设计中一项极其复杂且又重要的内容,船舶的结构设计、性能计算、总布置等都要以船型为依据,因此,如何实现船型参数化设计尤为重要。FRIENDSHIP系统为船型设计提供了基于Feature特征和仿真驱动设计的参数化方法和实现机制。在对船型参数化基本理论———特征参数、特征曲线和曲面生成等进行详细阐述的基础上,以某型船艉部裸船体为例,具体阐述了船型参数化的实现流程,以及以Feature、Curveengine和Meta surface为特征机制的船型参数化的具体步骤。以Feature特征为核心的船型参数化方法不仅能为船型曲面的快速建立提供技术支撑,还可以为性能分析和优化提供基础条件。     

Integration of structural health monitoring in life-cycle performance assessment of ship structures under uncertainty

In this paper, an approach for integrating the data obtained from structural health monitoring (SHM) in the life-cycle performance assessment of ship structures under uncertainty is presented. Life-cycle performance of the ship structure is quantified in terms of the reliability with respect to first and ultimate failures and the system redundancy. The performance assessment of the structure is enhanced by incorporating prior design code-based knowledge and information obtained by SHM using Bayesian updating concepts. Advanced modeling techniques are used for the hull strength computations needed for the life-cycle performance analysis. SHM data obtained by testing a scaled model of a Joint High-speed Sealift Ship is used to update its life-cycle performance.     

高速三体船结构设计

针对三体船的船型特点,进行了全船范围的结构设计,确定了关键部位的布局形式和结构尺寸以及主体和片体的连接形式。采用计算法设计了三体船的典型剖面结构,并采用规范校核验证了结构的合理性,最终形成了一套比较完整的三体船设计方案和结构评估方法。     

双壳散货船结构重量优化设计

提出了船舶结构优化设计的一般步骤,分别对双壳散货船的纵向构件、横向构件、槽形横舱壁三部分建立了结构优化设计的数学模型.采用进化算法,对“漫海“号散货船进行了实例计算,结果表明:经过优化设计,大大减轻了双壳散货船的结构重量,使之与未经优化的单壳散货船十分接近.