基于代理模型的集成上层建筑开口群角隅应力分析

针对具有开口群的船舶集成上层建筑,使用ANSYS分析其开口区域的强度特性。在多方案有限元计算的基础上,提出兼顾计算精度和计算成本的强度计算模型。基于该模型,以影响开口区域应力的主要设计参数为设计变量,构造了快速预报开口群角隅节点应力的4种代理模型,并对这4种代理模型进行误差检验,得出在所选取的样本点比例下,Kriging代理模型拟合精度较高。因此,采用构造的Kriging模型分析了结构尺寸对开口角隅节点应力的影响。结果表明:开口面板厚度的变化对角隅节点应力水平影响最大。     

代理模型技术及其在船舶板架强度和稳定性计算中的应用

对比分析了Kriging、径向基函数、多项式响应面三种代理模型在不同样本点比例和不同样本点空间分布下对4类典型数学函数的拟合精度和推广能力。研究结果表明,Kriging模型对典型数学函数具有较好的适用性和推广能力,径向基函数次之,多项式响应面的适应能力不足。在此基础上,基于Kriging方法构造了船舶双层底板架强度和稳定性计算代理模型,讨论了低样本点比例下Kriging模型代替有限元计算分析的适用性以及不同样本点空间分布对代理模型近似误差的影响。计算结果表明,在低样本点比例下一个均匀齐整的样本点空间分布更利于保证代理模型的精度。在所选取的样本点比例下Kriging模型对船舶板架强度和稳定性计算的适用性较好,近似误差满足工程精度要求。     

基于奇异元计算分析裂纹尖端应力强度因子

采用两种奇异单元模拟裂纹尖端应力应变场的奇异性,建立了相应的计算裂纹尖端应力强度因子的ANSYS有限元模型。通过数值计算,分别考察了这两种有限元模型中裂纹尖端附近区域网格参数的变化对应力强度因子计算精度的影响,比较了应力强度因子对各个参数的敏感程度。发现采用20节点奇异元的有限元模型计算的应力强度因子几乎与网格参数无关,其计算结果更稳定可靠。该模型能够用于船舶及海洋工程结构中含裂纹构件的应力强度因子计算。     

船舶折角型节点的疲劳裂纹扩展计算

文章以船舶折角型节点为研究对象,运用有限元软件WALCS和PATRAN分别预报某船的水动力响应和结构热点应力响应.为避免计算表面裂纹应力强度因子时需要在PATRAN有限元模型中疲劳热点区域采用体单元建模,文中提出了一种计算波浪载荷下船海结构物三维表面裂纹应力强度因子而无需在PATRAN中建立体模型的方法,并通过与广泛认可的经验公式对比验证其精度.将此方法应用于该船船舯底边舱折角处表面裂纹应力强度因子计算,计算并总结出波浪载荷下该类节点处表面裂纹应力强度因子的无量纲计算经验公式.应用一种基于谱分析构建结构疲劳载荷谱的方法,结合单一曲线模型对该节点进行裂纹扩展计算.计算结果表明:该船船舯底边舱折角疲劳寿命不满足设计要求,建议对节点进行改进.     

甲板舷侧大开口结构应力集中分析及钢模试验

在粗网格有限元模型计算结果的基础上,建立了某船甲板舷侧大开口高应力区局部细化的舱段有限元模型,并利用有限元软件MSC.Nastran对其应力集中现象进行了分析。基于材料分段线弹性假设,对该船甲板舷侧大开口结构有屈服点出现后,角隅区域的应力分布和塑性区扩展规律进行弹塑性有限元计算,并开展了甲板舷侧大开口钢质模型试验,试验结果验证了弹塑性有限元计算结果的准确性。本文的研究成果对于大型船舶甲板舷侧大开口这类特殊结构的强度衡准制定以及局部结构优化设计具有重大的参考价值。     

大开口船舱口角隅应力集中问题研究

建立了大开口船舶舱口角隅应力集中有限元计算模型,讨论了４种应力释放孔孔形以及无应力释放孔时舱口角隅处的应力分布情况,并讨论了加加厚板后的应力分布情况。从实用角度分析了应力释放孔和加加厚板的效果,为解决大开口船舶舱口角隅处应力集中问题提供了计算依据。     

基于Kriging模型的船舶典型双层底板架强度和稳定性全局敏度分析

基于Kriging近似技术分别构造具有5根、7根龙骨的双层底板架结构强度和稳定性计算代理模型,利用Sobol＇进行双层底板架结构各设计参数对板架强度和稳定性响应指标的全局敏度分析.分析结果表明：对于强度响应,板架尺度及布置参数、构件尺寸参数均对其存在较大的影响;而对于稳定性响应,板架尺度及布置参数对其敏感程度较高,构件尺寸参数对其影响较为有限.     

船舶折角型节点的疲劳裂纹扩展计算（英文）

文章以船舶折角型节点为研究对象,运用有限元软件WALCS和PATRAN分别预报某船的水动力响应和结构热点应力响应。为避免计算表面裂纹应力强度因子时需要在PATRAN有限元模型中疲劳热点区域采用体单元建模,文中提出了一种计算波浪载荷下船海结构物三维表面裂纹应力强度因子而无需在PATRAN中建立体模型的方法,并通过与广泛认可的经验公式对比验证其精度。将此方法应用于该船船舯底边舱折角处表面裂纹应力强度因子计算,计算并总结出波浪载荷下该类节点处表面裂纹应力强度因子的无量纲计算经验公式。应用一种基于谱分析构建结构疲劳载荷谱的方法,结合单一曲线模型对该节点进行裂纹扩展计算。计算结果表明:该船船舯底边舱折角疲劳寿命不满足设计要求,建议对节点进行改进。     

基于代理模型的水下结构物基座阻抗特性快速预报

[目的]基座结构的阻抗值直接影响水下结构物的隐蔽性能,通常借助有限元仿真获得基座阻抗特性。直接将阻抗有限元分析嵌套在基座优化设计中过于耗时,不利于优化设计,探究采用代理模型的方式直接拟合参数输入-阻抗输出的映射关系,取代有限元仿真,提高优化设计效率。[方法]选取水下结构物典型平台基座结构作为研究对象,首先计算分析其阻抗特性,然后分别通过4种常用代理模型(SVR,BPNN,RBF和Kriging)构造阻抗预报代理模型,对比分析其拟合精度。在此基础上,结合阻抗频响函数特性和工程实际,提出针对性的数据前处理方法,定量评估数据前处理方法对代理模型预报精度的提升效果。[结果]不同的代理模型在拟合平台基座阻抗特性精度上存在差异,其中Kriging代理模型在决定系数、标准化均方根误差和标准化最大绝对误差3项评价指标上均取得了最好的结果。基于前处理数据构建的代理模型与初始代理模型相比,标准化均方根误差和标准化最大绝对误差分别减小了9.80%和15.43%。[结论]Kriging代理模型对于拟合基座参数输入-阻抗输出的映射关系具备较好的适用性,提出的阻抗数据前处理方法可以进一步提高代理模型的预测精度。     

代理模型在水下航行体空泡压力预示的应用研究

文章基于径向基神经网络(Radial Basis Function,RBF)和Kriging代理模型方法分别对水下垂直发射航行体表面附着空泡闭合区压力预示模型进行了研究,首先分析了影响空泡闭合区压力变化的物理因素,通过代理模型方法建立了影响因素与空泡闭合区压力最大值和压力空间分布波形之间的数学模型,形成了空泡闭合区压力分布预示方法,而后针对典型工况开展预示结果与试验数据比对,表明RBF方法和Kriging方法均能较为准确地获取空泡闭合区压力特征,在有限子样条件下Kriging代理模型对空泡闭合区压力峰值预示精度更高。     

运用代理模型方法预测潜艇结构模型的振动声辐射

基于Kriging模型和最优对称拉丁超立方体抽样方法,以简化的水下潜艇结构模型为例建立水下相对复杂结构振动声辐射计算的代理模型,可对水下潜艇结构模型进行共振频率和声功率级的预测。建立的代理模型可以在整个设计变量尺寸范围内对模型的振动声辐射进行实时预测。由计算结果得出,使用基于Kriging方法的代理模型能较准确地完成固有频率和声功率级的预测。所建立的代理模型能快速、准确地预报在整个设计变量尺寸范围内潜艇结构模型的振动声辐射。     

运用代理模型方法预测潜艇结构模型的振动声辐射

基于Kriging模型和最优对称拉丁超立方体抽样方法,以简化的水下潜艇结构模型为例建立水下相对复杂结构振动声辐射计算的代理模型,可对水下潜艇结构模型进行共振频率和声功率级的预测。建立的代理模型可以在整个设计变量尺寸范围内对模型的振动声辐射进行实时预测。由计算结果得出,使用基于Kriging方法的代理模型能较准确地完成固有频率和声功率级的预测。所建立的代理模型能快速、准确地预报在整个设计变量尺寸范围内潜艇结构模型的振动声辐射。     

船舶舱口角隅疲劳强度及热点应力研究

舱口角隅部分的疲劳问题是疲劳分析的重要内容。本文建立了某船的全船有限元模型并分别采用嵌入式模型和外部模型对舱口角隅进行细化。比较不同的单元类型、热点应力选取方式对疲劳损伤的影响。同时采用直接计算的谱分析方法计算了舱口角隅的疲劳损伤。发现当选用最大主应力作为热点应力时实体单元计算结果较壳单元偏小。同一类型单元节点数目的不同对损伤结果影响不大。热点应力选取方式对疲劳损伤的计算影响较大,在对舱口角隅疲劳强度进行分析时建议选用最大主应力插值的方式计算热点应力。     

水下爆炸作用下船体大开口结构的强度校核

利用有限元程序ABAQUS,对某具有大开口结构的舰船在六级海况和九级海况下遭受武器攻击时的总强度进行校核,分析了舰船在波浪栽荷和爆炸载荷同时作用下,大开口结构,尤其是大开口角隅处的应力变化,计算出考核点在不同工况下的应力储备系数.计算和分析表明,该舰大开口结构处的应力集中现象比较明显,使强度满足受到一定影响.还分析比较了不同工况下大开口的应力储备系数,得出一些规律,为该舰大开口结构强度的评估提供参考依据.     

船舶舱口角隅疲劳强度及热点应力研究

舱口角隅部分的疲劳问题是疲劳分析的重要内容.本文建立了某船的全船有限元模型并分别采用嵌入式模型和外部模型对舱口角隅进行细化.比较不同的单元类型、热点应力选取方式对疲劳损伤的影响.同时采用直接计算的谱分析方法计算了舱口角隅的疲劳损伤.发现当选用最大主应力作为热点应力时实体单元计算结果较壳单元偏小.同一类型单元节点数目的不同对损伤结果影响不大.热点应力选取方式对疲劳损伤的计算影响较大,在对舱口角隅疲劳强度进行分析时建议选用最大主应力插值的方式计算热点应力.     

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。     

开孔球面舱壁特征应力组合代理模型预报方法

[目的]开孔球面舱壁结构参数众多,直接利用有限元方法对其开展参数研究费时费力,为此,提出一种特征应力组合代理模型预报方法。[方法]提取开孔球面舱壁的几何特征参数,以此为设计变量构建一般形式的单开孔球面舱壁特征应力代理模型;采用代理模型对特征应力与结构参数进行相关性分析,提出一种缩减设计变量维度的组合代理模型方法,组合代理模型由基于柱-环-球壳参数构建的特征应力代理模型及基于开孔围栏参数和球壳厚度构建的特征应力修正系数代理模型组成。[结果]结果显示,该组合代理模型能降低设计变量的维度,使得精度明显提升,相比直接构建的代理模型,其特征应力最大误差和平均误差分别降低了4.96%～22.95%和0.59%～5.43%;应用单开孔组合代理模型对典型的多个开孔球面舱壁特征应力进行的预报显示,特征应力误差为0.12%～11.42%。[结论]所提的单开孔球面舱壁强度组合代理模型能用于多个开孔球面舱壁特征应力的快速预报。     

含大开口的槽道型铝合金船结构强度直接计算

槽道型船具有良好的快速性、耐波性和稳性,而采用铝合金建造的船舶具有结构重量轻、耐腐蚀等优点,因此槽道型铝合金船备受关注。本文以某含大开口的槽道型铝合金船为研究对象,通过水动力分析构造等效设计波,采用结构强度直接计算法对结构的总纵强度、总横强度、纵向扭转强度、横向扭转强度进行校核。结果显示,该船的总强度满足规范的要求,但由于主甲板开口群的存在,使得开口角隅处的应力接近许用应力值,需要重点关注。此外,该船总横弯矩下的应力较大,而扭矩引起的应力较小,表明槽道型船与常规的单体船、双体船存在一定差别。     

一种基于代理模型的水下目标分类识别方法

基于Kriging模型和圆柱壳振动相似性理论,以圆柱壳近似代替潜艇模型为例建立代理模型,可按照潜艇排水量大小分为大、中、小和袖珍4个艇级的潜艇进行分类识别。把逆向思维运用到代理模型中,将计算得到的圆柱壳固有频率作为输入值,圆柱壳的外形尺寸长度和半径作为输出的结果值建立代理模型。通过计算结果得出,使用基于Kriging方法的代理模型能够快速而准确的识别潜艇的分类。     

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。