船舶局部结构形状优化研究

发布时间：2020-03-23 06:09

【摘要】：船体上存在很多舱口角隅、肘板及开孔局部结构,其几何形状突变,应力集中现象明显,节点结构损伤破坏频发,该类节点的形状优化一直是研究者关注的焦点。同时,新出台的HCSR规范在载荷、强度计算及分析评估方法等方面有了诸多改变,提高了上述结构的强度要求。因而,依据新规范对这些危险程度较高的结构形式进行优化设计十分重要。本文以舱口角隅、肘板及开孔三种结构为例,探究了基于HCSR规范直接计算的形状优化方法。主要的研究内容包括以下几个方面。(1)研究了 PCL语言原理及使用方法,针对舱口角隅、肘板及开孔三种类型的局部结构,结合PCL语言和有限元建模方法,开发了稳定、高效的参数化建模程序,能够按照给定的设计参数,在原有的细网格结构上自动建立精确、高质量的局部结构有限元模型,为结构形状优化提供了建模工具。(2)建立了局部结构形状优化的数学模型,基于Isight优化平台,选取两种高效的全局优化算法搭建了形状优化的集成系统,该系统具有较强的通用性,能够适用于多种形式局部结构的优化工作。(3)采用三舱段整体模型,以局部结构形状控制参数为设计变量,以HCSR规范中描述性要求及屈服强度直接计算要求为约束条件,将局部结构重量和应力集中系数两者结合作为多目标函数,分别采用模拟退火法和多岛遗传算法对目标结构进行形状优化。由于HCSR计算工况数量众多,为提高效率,确定了工况筛选方法并给出目标结构的危险工况。(4)针对整体模型计算效率低的情况,研究了子模型技术的原理,并以舱口角隅结构为例,给出了局部结构子模型范围的选取方法、模型边界约束及外力施加方法。由于采用子模型时,计算速度大大提高,优化效率得以有效提升,优化时的变量选取更加灵活,因而基于子模型法对舱口角隅、肘板和开孔结构进行形状优化时,将板厚等因素纳入设计变量,形成形状与尺寸的组合优化方法。经优化,得到了各结构的最优设计方案和各结构的应力集中系数图谱,可作为设计参考。
【图文】：

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优化系统的建立方案、准备工作及集成方，给出了优化系统章采用三舱段整体模型，基于ＨＣＳＲ强度直接计算，以考虑最数两者组合的目标函数，开展结构形状优化工作。本章针对三立了各局部结构的优化数学模型，后基于ＨＣＳＲ规范对某８００００行有限元计算，得到了邋４４个工况下的船体响应结果。由于工况确定了工况筛选方法并给出了四种工况选取方案。最后分别采用传算法依照上述四种方案对舱口角隅结构进行形状优化。逡逑章采用参数化子模型技术，分别开展舱口角隅、肘板及减轻本章首先阐述了子模型技术原理，给出了模型范围选取及模型子模型进行了计算并将结构响应与整体模型中的响应结果进行计算精度和可靠性。后针对舱口角隅、肘板以及减轻孔三种局下的形状优化，优化时，将舱口角隅和肘板结构的板厚纳入设力集中系数为组合目标函数，给出了最优方案和各结构的应力ＳＲ规范下的设计工作作指导。逡逑

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邋Ｉ逦ｉ逡逑图２．１圆弧逦图２．２椭圆弧逡逑图２．３椭圆弧向内平移逦图２．４产生几何网格示意图逡逑＾逡逑Ｗ逡逑图２．５角隅结构有限元网格效果图逡逑／＊以长边为Ｘ轴，，短边为Ｙ轴建立坐标系，且坐标系编号为上一条命令得到的编号逡逑＊／逡逑ａｓｍ＿ｃｏｎｓｔ＿ｌｉｎｅ＿２ｐｏｉｎｔ（ｓｔｒ＿ｆｒｏｍ＿ｉｎｔｅｇｅｒ（ｃｂ＿ｃｕｒｖｅ＿ｉｎｉｔ＿ｌａｂｅｌ）５ｃｂ＿ｐｏｉｎｔ＿ｎａｍｅ，ｎＮｏｄｅＭ／／逡逑ｓｔｒ＿ｆｒｏｍ＿邋ｉｎｔｅｇｅｒ（ｊｙｕ＿ｎｏｄｅ—ｉｄ），０，邋’’’’，５０．，１，ａｓｍ＿ｌｉｎｅ—２ｐｏｉｎｔ＿ｃｒｅａｔｅ
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661.43

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