竞赛帆船龙骨盒结构优化设计
本文关键词：竞赛帆船龙骨盒结构优化设计 出处：《集美大学》2016年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：龙骨盒是竞赛帆船特有的结构,属于帆船主要受力构件之一,其功能是维持压载龙骨竖直升降,实际使用中易损,提高龙骨盒强度是企业和艇主亟须解决的问题。本文结合损坏龙骨盒实际案例,通过有限元技术进行竞赛帆船龙骨盒结构参数化优化设计,论文主要研究内容包括:1)竞赛帆船龙骨盒有限元分析,计算龙骨盒结构变形和应力。结合实际帆船基本参数、技术图纸建立帆船有限元模型。通过频域分析得到帆船湿表面积水动压力与运动幅值响应(RAO),确定帆船航行时运动幅值最大的浪向角;将水动压力和时域分析所得帆船重心加速度转化为有限元分析的载荷输入,计算显示龙骨盒帽型材与桅杆作用区域出现应力集中,应力极值为48.78MPa,应力分布与实际出现损坏区域一致,基于结构响应构建龙骨盒优化模型。2)基于响应面法的龙骨盒结构优化设计。结合龙骨盒有限元分析结果和实际损坏区域提出基于响应面法的龙骨盒形状、尺寸优化。选取龙骨盒帽型材顶板和腹板为形状变量,铺层厚度为尺寸变量,建立以龙骨盒应变能密度为目标函数、龙骨盒结构形变与应力为约束条件的优化设计。通过试验设计方法(DOE)筛选设计变量并建立拟合响应面所需的样本数据点,建立响应面近似模型减少有限元的计算次数。经计算,优化后降低了75.92%的龙骨盒应变能,降低23.6%的最大应力,提升了龙骨盒结构强度。3)基于遗传算法的玻璃钢层合板铺层顺序优化。根据规范指南与分区域方法划分龙骨盒区域,以铺层排列顺序为设计变量,编写有限元与遗传算法程序。采用Tsai-Wu强度准则作为遗传算法的目标函数,实现遗传算法和有限元的铺层顺序优化耦合计算,通过复合材料层合板实验验证铺层优化的结果。研究结果显示,优化提高了29.40%的铺层强度比,该方法对提升龙骨盒强度和承载能力具有实用和借鉴意义。
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.91
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，本文编号：1332036
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