油船中剖面结构拓扑优化研究

发布时间：2017-10-14 17:26

  本文关键词：油船中剖面结构拓扑优化研究

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【摘要】：船舶结构优化设计是近年来研究的热点课题，主要优化目标是在保证船体结构强度的前提下减少船体钢材重量结构拓扑优化设计不同于一般结构尺寸优化，其优化目标是寻找最优的结构材料分布形式以及结构最佳传力路径目前船舶结构优化研究中大部分是关于船体结构件的尺寸优化而结构拓扑优化涉及较少另一方面，在优化船型上，国内大型油船船体结构重量较日韩同级别油船而言仍然偏重，存在一定的优化空间，因此本文将运用相关的拓扑优化方法对油船中剖面结构进行优化分析： （1）本文根据单元生长进化拓扑优化方法，自行定义单元应力指标函数及单元权重系数来确定优化模型的目标函数，通过计算单元应力确定单元权重系数的迭代递推关系式，结合有限元平衡方程建立优化数学模型并给出完整的单元生长进化优化流程，并将此方法运用到油船中剖面横撑结构的优化设计中，得到了取消横撑的粗略构型 （2）本文根据连续体结构拓扑优化方法，结合SIMP材料密度模型，定义单元材料密度为拓扑优化变量，结合有限元计算平衡方程，以结构静力响应为优化约束条件；不同于一般的拓扑优化计算，本文定义单元体积函数为优化目标函数，能提高拓扑优化计算效率以及计算稳定性，通过引入优化准则法结合K-T条件确定优化准则从而得到优化变量的迭代关系式，至此建立完整的拓扑优化数学模型，通过与经典拓扑优化算法的对比验证了本文算法的准确性 （3）根据油船共同结构规范（CSR-OT），确定拓扑优化计算的三维有限元模型以及优化模型的载荷边界条件，本文根据纵舱壁的数量以及载荷边界条件确定6个计算工况，并运用所建立的连续体结构拓扑优化方法对油船中剖面结构进行拓扑优化计算，得到合理有效的拓扑构型，出现全新的斜撑结构拓扑构型 （4）根据优化计算所得拓扑构型本文确定了油船中剖面结构的三种全新优化设计方案，运用CSR-OT对三种优化设计方案进行结构强度评估确定优化设计方案的可行性，最后本文给出优化新设计方案与原设计方案对比船体结构重量的减轻程度
【关键词】：油船中剖面结构 拓扑优化 单元生长进化算法 连续体结构拓扑优化 CSR-OT结构评估
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.133.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 本文研究背景12-13
• 1.2 船舶结构优化研究现状13-16
• 1.3 结构拓扑优化研究最新进展16-19
• 1.4 本文研究内容19-20
• 第二章 单元生长进化算法在油船中剖面结构优化中的运用20-31
• 2.1 单元生长拓扑优化数学模型21-25
• 2.1.1 优化模型自变量参数的确定21-23
• 2.1.2 优化模型目标函数的确定23-24
• 2.1.3 优化数学模型的解析分析24-25
• 2.2 具体的单元生长进化流程25-26
• 2.3 油船中剖面横撑结构拓扑优化计算26-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 材料密度插值模型31-44
• 3.1 引言31-36
• 3.2 均匀化材料密度插值模型36-39
• 3.3 变密度材料插值模型39-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 连续体结构拓扑优化44-65
• 4.1 拓扑优化数学模型44-47
• 4.2 拓扑优化算法的选取47-49
• 4.3 经典算例的求解49-55
• 4.3.1 悬臂模型50-52
• 4.3.2 L 型板52-55
• 4.4 油船横撑结构拓扑优化计算55-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 油船中剖面结构拓扑优化65-100
• 5.1 拓扑优化载荷边界65-71
• 5.1.1 双纵舱壁油船载荷边界的确定68-70
• 5.1.2 单纵舱壁油船载荷边界的确定70-71
• 5.2 油船中剖面拓扑优化计算71-92
• 5.2.1 有限元模型71-75
• 5.2.2 约束节点位移的拓扑优化计算75-84
• 5.2.3 约束模型应力水平的拓扑优化计算84-92
• 5.3 两种约束方法计算结果比较92-98
• 5.3.1 迭代次数的比较93-94
• 5.3.2 拓扑构型最大节点位移的比较94-95
• 5.3.3 拓扑构型最大单元应力的比较95-97
• 5.3.4 拓扑构型最终体积分数的比较97-98
• 5.4 本章小结98-100
• 第六章 中剖面结构优化设计方案100-132
• 6.1 优化设计方案的确定100-108
• 6.1.1 优化设计方案 1102-104
• 6.1.2 优化设计方案 2104-105
• 6.1.3 优化设计方案 3105-108
• 6.2 CSR-OT 简介108-115
• 6.2.1 建模要求108-112
• 6.2.2 计算载荷工况的确定112-115
• 6.3 结构强度评估115-129
• 6.4 优化结果比较129-131
• 6.5 本章小结131-132
• 第七章 总结与展望132-134
• 7.1 总结132-133
• 7.2 展望133-134
• 参考文献134-142
• 致谢142-143
• 攻读学位期间发表的学术论文目录143

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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9 陈s叛，

本文编号：1032245