響應面分析法在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應用
發(fā)布時間：2021-08-13 17:58
艦船結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是指艦船在設計時滿足強度、剛度、韌性等各方面的設計標準,同時結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性和較小的質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。響應面分析法是一種在多變量非線性優(yōu)化方面廣泛應用的分析方法,該方法具有較高的收斂性。本文應用響應面分析法,結(jié)合三維建模軟件和有限元分析軟件Ansys研究了艦船局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題。
【文章來源】：艦船科學技術. 2020,42(16)北大核心
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
響應面分析法的原理示意圖Fig.1Schematicdiagramofresponsesurfaceanalysismethod
2.2基于Ansys軟件的艦船結(jié)構(gòu)響應面優(yōu)化設計本文利用響應面分析法對船舶的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行研究，重點是確定船舶結(jié)構(gòu)在一定設計約束條件下，結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設計參數(shù)。有限元分析法能夠高效的進行結(jié)構(gòu)的強度分析，從而確定船舶結(jié)構(gòu)參數(shù)能否滿足一定載荷下的強度要求。船舶結(jié)構(gòu)的有限元分析流程如圖2所示。設定船舶結(jié)構(gòu)有限元模型的單元類型分別為solid170和beam單元，結(jié)構(gòu)的泊松比為0.36，材料為鋼。在Ansys平臺中，定義結(jié)構(gòu)的運動方程為：1α[M(x)]{¨y}+[K(x)]{y}=[F]。(7)式中：M(x)為船舶結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣；K(x)為剛度矩陣。以船舶艙室的支撐結(jié)構(gòu)為例，局部結(jié)構(gòu)的有限元模型如圖3所示。船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)在正常工作過程中主要承受的是壓力，該結(jié)構(gòu)優(yōu)化的參數(shù)是在載荷作用下的位移特性，將邊界條件設定為結(jié)構(gòu)位移變化的響應面函數(shù)，在Ansys中進行仿真分析。定義船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)的自由度邊界條件，對支撐結(jié)構(gòu)施加逐漸變化的壓力載荷，得到支撐結(jié)構(gòu)的位移響應曲線如圖4所示。由圖可知，隨著載荷的增加，船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)豎向位移起初變化幅度非常小，一旦載荷超過4kN，豎向位移明顯增加。3結(jié)語響應面分析是一種多變量的尋優(yōu)方法，利用這種方法進行船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化時，需要系統(tǒng)地分析影響船舶結(jié)構(gòu)質(zhì)量的因素，然后根據(jù)影響因素建立響應面函數(shù)模型，最后根據(jù)Ansys有限元仿真，快速獲取結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效果。參考文獻：王允超,王曉東.基于ANSYS的地鐵列車制動盤熱容量影響因素對比分析[J].裝備制造技術,2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技術的船舶大型復雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學分析[J].艦船科學技術,2019(18).[2]薛仁龍.?
ANSYS的地鐵列車制動盤熱容量影響因素對比分析[J].裝備制造技術,2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技術的船舶大型復雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學分析[J].艦船科學技術,2019(18).[2]薛仁龍.基于ANSYS有限元方法的反擊式破碎機優(yōu)化[J].數(shù)字化用戶,2014,000(4):47–48.[3]姜衡,管貽生,邱志成.基于響應面法的立式加工中心動靜態(tài)多目標優(yōu)化[J].機械工程學報,2011(11):129–137.[4]圖2船舶結(jié)構(gòu)的有限元分析流程圖Fig.2Finiteelementanalysisflowofshipstructureoptimization圖3船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)的有限元模型Fig.3Finiteelementmodelofsupportingstructureofshipcabin圖4支撐結(jié)構(gòu)的位移響應曲線圖Fig.4Displacementresponsecurveofsupportingstructure第42卷李威：響應面分析法在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應用·15·
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于有限元分析技術的船舶大型復雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學分析[J]. 徐文娟. 艦船科學技術. 2019(18)
[2]基于ANSYS的地鐵列車制動盤熱容量影響因素對比分析[J]. 王允超,王曉東. 裝備制造技術. 2015(10)
[3]基于響應面法的立式加工中心動靜態(tài)多目標優(yōu)化[J]. 姜衡,管貽生,邱志成,張憲民,陳忠,許冠. 機械工程學報. 2011(11)
本文編號：3340885
【文章來源】：艦船科學技術. 2020,42(16)北大核心
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
響應面分析法的原理示意圖Fig.1Schematicdiagramofresponsesurfaceanalysismethod
2.2基于Ansys軟件的艦船結(jié)構(gòu)響應面優(yōu)化設計本文利用響應面分析法對船舶的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行研究，重點是確定船舶結(jié)構(gòu)在一定設計約束條件下，結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設計參數(shù)。有限元分析法能夠高效的進行結(jié)構(gòu)的強度分析，從而確定船舶結(jié)構(gòu)參數(shù)能否滿足一定載荷下的強度要求。船舶結(jié)構(gòu)的有限元分析流程如圖2所示。設定船舶結(jié)構(gòu)有限元模型的單元類型分別為solid170和beam單元，結(jié)構(gòu)的泊松比為0.36，材料為鋼。在Ansys平臺中，定義結(jié)構(gòu)的運動方程為：1α[M(x)]{¨y}+[K(x)]{y}=[F]。(7)式中：M(x)為船舶結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣；K(x)為剛度矩陣。以船舶艙室的支撐結(jié)構(gòu)為例，局部結(jié)構(gòu)的有限元模型如圖3所示。船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)在正常工作過程中主要承受的是壓力，該結(jié)構(gòu)優(yōu)化的參數(shù)是在載荷作用下的位移特性，將邊界條件設定為結(jié)構(gòu)位移變化的響應面函數(shù)，在Ansys中進行仿真分析。定義船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)的自由度邊界條件，對支撐結(jié)構(gòu)施加逐漸變化的壓力載荷，得到支撐結(jié)構(gòu)的位移響應曲線如圖4所示。由圖可知，隨著載荷的增加，船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)豎向位移起初變化幅度非常小，一旦載荷超過4kN，豎向位移明顯增加。3結(jié)語響應面分析是一種多變量的尋優(yōu)方法，利用這種方法進行船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化時，需要系統(tǒng)地分析影響船舶結(jié)構(gòu)質(zhì)量的因素，然后根據(jù)影響因素建立響應面函數(shù)模型，最后根據(jù)Ansys有限元仿真，快速獲取結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效果。參考文獻：王允超,王曉東.基于ANSYS的地鐵列車制動盤熱容量影響因素對比分析[J].裝備制造技術,2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技術的船舶大型復雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學分析[J].艦船科學技術,2019(18).[2]薛仁龍.?
ANSYS的地鐵列車制動盤熱容量影響因素對比分析[J].裝備制造技術,2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技術的船舶大型復雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學分析[J].艦船科學技術,2019(18).[2]薛仁龍.基于ANSYS有限元方法的反擊式破碎機優(yōu)化[J].數(shù)字化用戶,2014,000(4):47–48.[3]姜衡,管貽生,邱志成.基于響應面法的立式加工中心動靜態(tài)多目標優(yōu)化[J].機械工程學報,2011(11):129–137.[4]圖2船舶結(jié)構(gòu)的有限元分析流程圖Fig.2Finiteelementanalysisflowofshipstructureoptimization圖3船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)的有限元模型Fig.3Finiteelementmodelofsupportingstructureofshipcabin圖4支撐結(jié)構(gòu)的位移響應曲線圖Fig.4Displacementresponsecurveofsupportingstructure第42卷李威：響應面分析法在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應用·15·
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于有限元分析技術的船舶大型復雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學分析[J]. 徐文娟. 艦船科學技術. 2019(18)
[2]基于ANSYS的地鐵列車制動盤熱容量影響因素對比分析[J]. 王允超,王曉東. 裝備制造技術. 2015(10)
[3]基于響應面法的立式加工中心動靜態(tài)多目標優(yōu)化[J]. 姜衡,管貽生,邱志成,張憲民,陳忠,許冠. 機械工程學報. 2011(11)
本文編號：3340885
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