船舶空間節(jié)點結構設計與魯棒性優(yōu)化研究
發(fā)布時間：2021-04-08 14:14
在船舶空間節(jié)點設計中,常規(guī)的設計方法沒有考慮到設計變量對設計結果的影響,當設計變量發(fā)生變化時,會使設計參數(shù)偏離預期的范圍,增大設計誤差值,影響船舶整體結構的穩(wěn)定性和安全性。而魯棒性優(yōu)化方法通過對變量進行調整,從而獲得最優(yōu)解,確保設計參數(shù)在可行區(qū)域內降低對設計變量的敏感度,提高船舶空間節(jié)點結構的設計質量。本文分析魯棒性優(yōu)化的基礎理論,提出了船舶空間節(jié)點結構設計中魯棒性優(yōu)化的具體應用。
【文章來源】：艦船科學技術. 2020,42(12)北大核心
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
魯棒性優(yōu)化設計原理示意圖Fig.1Schematicdiagramofrobustoptimizationdesign
的降低幅度始終在約束范圍內。2.2基于魯棒性優(yōu)化的靈敏度法在船舶空間節(jié)點結構設計中的應用船舶為雙體船結構，總長為28m，型寬為9m，型深為3.2m，水線長為26m，結構吃水為1.52m，滿載排水量為100t。該船舶結構空間共包括52343個單元，33658個空間節(jié)點。雙體船結構在總彎矩的作用下產生中拱或中垂現(xiàn)象，船舶受波浪影響下的工況如圖2所示；雙體船受到橫向彎矩作用產生波谷和波峰，雙體船受到扭轉彎矩作用時，會在45°浪向角和135°浪向角下產生最大扭矩。圖2船舶受波浪影響下的工況情況示意圖Fig.2Schematicdiagramofworkingconditionofshipundertheinfluenceofwave船舶空間節(jié)點結構要保證在受到外力作用下始終保持平衡，最大程度降低對外力因素的敏感度，此時應滿足以下邊界條件：支點反應力等于0；約束船結構整體性移動；對施加載荷設計約束函數(shù)，由于首部和尾部不會反映出應力值的變化，所以在設計時可以暫時忽略這2個部位的影響，只考慮板單元、梁單元中的空間節(jié)點設計[5]。2.3魯棒性優(yōu)化設計過程根據(jù)本文對船體工況的計算，要想使空間節(jié)點結構設計滿足應力的設計要求，就必須滿足側體內舷側外板與橋底板的板單元和梁單元合成應力，這2個參數(shù)分別為74Mpa和75Mpa。同時，在該區(qū)域內，發(fā)生·26·艦船科學技術第42卷
最大應力變化的情況最多。結合這些情況，有必要運用魯棒性優(yōu)化方法對船舶關鍵的空間節(jié)點結構進行重新設計。設計變量選取甲板、首甲板、甲板邊板、船底板、片體內舷側外板、橫艙壁、龍骨、尾封板、首封板、中縱水密艙壁、強框架等。對上述構件依次編號，運用靈敏度分析法得出分析圖形，船舶構件質量靈敏度曲線如圖3所示，船舶梁單元合成應力靈敏度變化如圖4所示。圖3基于靈敏度分析法的船舶構件質量靈敏度變化圖Fig.3Sensitivitydiagramofshipcomponentsbasedonsensitivityanalysis在船舶結構中，合成應力的靈敏度可以細分為板和梁2個部分。利用有限元分析軟件進行計算之后可以得到合成應力分布情況，以及船舶各個節(jié)點的受力靈敏度變化趨勢，據(jù)此可對板和梁的合成應力靈敏度進行取值。當相應構件的板厚增加時，會導致應力減小，換言之，板厚對應力具有減小的作用。同時，構件的板厚增加之后，梁的合成應力隨之增大，由此表明，板厚與梁的合成應力成正比關系。在船舶承受橫向彎矩的前提下，船體會出現(xiàn)一定程度的位移，為確保船舶結構的性能，必須保證船體的剛度足夠大。為便于分析，可以將船體的剛度和受力靈敏度進行等效處理，在此基礎上，便可快速求出船舶各個部件板厚的靈敏度，同時以位移作為約束條件，能夠得出船體剛度的最優(yōu)靈敏度，進而提高整體船舶節(jié)點結構的魯棒性。3結語船舶空間節(jié)點設計可采用魯棒性優(yōu)化獲取最優(yōu)的設計參數(shù)，提高船舶結構設計質量。在魯棒性優(yōu)化中，最適宜船舶空間節(jié)點設計的方法為靈敏度法，所以可采用靈敏度法對船舶空間節(jié)點結構進行設計，提高魯棒性，從而減少設計值與實際值的差異。參考文獻：董海茵.多目標模糊優(yōu)化在船舶結構設計中的應用[J].艦船科學技術,
【參考文獻】：
期刊論文
[1]韓國玻璃鋼漁船船體結構設計余量及其環(huán)境負荷分析[J]. 韓志強,JANG Jaewon,OH Daekyun. 中國造船. 2020(01)
[2]船舶結構優(yōu)化設計方法及應用實踐微探[J]. 高兆進. 科技創(chuàng)新與應用. 2018(05)
[3]多目標模糊優(yōu)化在船舶結構設計中的應用[J]. 董海茵. 艦船科學技術. 2017(12)
碩士論文
[1]典型船舶空間節(jié)點結構優(yōu)化設計研究[D]. 劉甜甜.華中科技大學 2015
本文編號：3125707
【文章來源】：艦船科學技術. 2020,42(12)北大核心
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
魯棒性優(yōu)化設計原理示意圖Fig.1Schematicdiagramofrobustoptimizationdesign
的降低幅度始終在約束范圍內。2.2基于魯棒性優(yōu)化的靈敏度法在船舶空間節(jié)點結構設計中的應用船舶為雙體船結構，總長為28m，型寬為9m，型深為3.2m，水線長為26m，結構吃水為1.52m，滿載排水量為100t。該船舶結構空間共包括52343個單元，33658個空間節(jié)點。雙體船結構在總彎矩的作用下產生中拱或中垂現(xiàn)象，船舶受波浪影響下的工況如圖2所示；雙體船受到橫向彎矩作用產生波谷和波峰，雙體船受到扭轉彎矩作用時，會在45°浪向角和135°浪向角下產生最大扭矩。圖2船舶受波浪影響下的工況情況示意圖Fig.2Schematicdiagramofworkingconditionofshipundertheinfluenceofwave船舶空間節(jié)點結構要保證在受到外力作用下始終保持平衡，最大程度降低對外力因素的敏感度，此時應滿足以下邊界條件：支點反應力等于0；約束船結構整體性移動；對施加載荷設計約束函數(shù)，由于首部和尾部不會反映出應力值的變化，所以在設計時可以暫時忽略這2個部位的影響，只考慮板單元、梁單元中的空間節(jié)點設計[5]。2.3魯棒性優(yōu)化設計過程根據(jù)本文對船體工況的計算，要想使空間節(jié)點結構設計滿足應力的設計要求，就必須滿足側體內舷側外板與橋底板的板單元和梁單元合成應力，這2個參數(shù)分別為74Mpa和75Mpa。同時，在該區(qū)域內，發(fā)生·26·艦船科學技術第42卷
最大應力變化的情況最多。結合這些情況，有必要運用魯棒性優(yōu)化方法對船舶關鍵的空間節(jié)點結構進行重新設計。設計變量選取甲板、首甲板、甲板邊板、船底板、片體內舷側外板、橫艙壁、龍骨、尾封板、首封板、中縱水密艙壁、強框架等。對上述構件依次編號，運用靈敏度分析法得出分析圖形，船舶構件質量靈敏度曲線如圖3所示，船舶梁單元合成應力靈敏度變化如圖4所示。圖3基于靈敏度分析法的船舶構件質量靈敏度變化圖Fig.3Sensitivitydiagramofshipcomponentsbasedonsensitivityanalysis在船舶結構中，合成應力的靈敏度可以細分為板和梁2個部分。利用有限元分析軟件進行計算之后可以得到合成應力分布情況，以及船舶各個節(jié)點的受力靈敏度變化趨勢，據(jù)此可對板和梁的合成應力靈敏度進行取值。當相應構件的板厚增加時，會導致應力減小，換言之，板厚對應力具有減小的作用。同時，構件的板厚增加之后，梁的合成應力隨之增大，由此表明，板厚與梁的合成應力成正比關系。在船舶承受橫向彎矩的前提下，船體會出現(xiàn)一定程度的位移，為確保船舶結構的性能，必須保證船體的剛度足夠大。為便于分析，可以將船體的剛度和受力靈敏度進行等效處理，在此基礎上，便可快速求出船舶各個部件板厚的靈敏度，同時以位移作為約束條件，能夠得出船體剛度的最優(yōu)靈敏度，進而提高整體船舶節(jié)點結構的魯棒性。3結語船舶空間節(jié)點設計可采用魯棒性優(yōu)化獲取最優(yōu)的設計參數(shù)，提高船舶結構設計質量。在魯棒性優(yōu)化中，最適宜船舶空間節(jié)點設計的方法為靈敏度法，所以可采用靈敏度法對船舶空間節(jié)點結構進行設計，提高魯棒性，從而減少設計值與實際值的差異。參考文獻：董海茵.多目標模糊優(yōu)化在船舶結構設計中的應用[J].艦船科學技術,
【參考文獻】：
期刊論文
[1]韓國玻璃鋼漁船船體結構設計余量及其環(huán)境負荷分析[J]. 韓志強,JANG Jaewon,OH Daekyun. 中國造船. 2020(01)
[2]船舶結構優(yōu)化設計方法及應用實踐微探[J]. 高兆進. 科技創(chuàng)新與應用. 2018(05)
[3]多目標模糊優(yōu)化在船舶結構設計中的應用[J]. 董海茵. 艦船科學技術. 2017(12)
碩士論文
[1]典型船舶空間節(jié)點結構優(yōu)化設計研究[D]. 劉甜甜.華中科技大學 2015
本文編號：3125707
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