基于拓扑优化方法的浮墩塔式运载平台轻量化设计

发布时间：2020-07-28 21:40

【摘要】：基于拓扑优化结构设计已经发展百年,从桁架类离散型到连续体结构优化,拓扑优化方法已经在工程实际有广阔应用场景。最近十年,随着船舶海洋结构物逐渐不满足局部结构优化设计,整体舱段和方案设计优化被提上日程。船舶海洋结构物设计依照时间顺序可以分为概念设计、方案设计、详细设计和生产设计,目前拓扑优化已经在详细设计和生产设计中有应用,还未在概念设计和方案设计中应用,本文依托于一种浮墩及塔式运载平台,开展了拓扑优化在方案设计和布置设计中如下几个方面的研究。(1)通过总结国内外拓扑优化结构研究,指出拓扑优化在海洋结构物前期方案设计指导作用,归纳浮船坞、半潜式平台和半潜式驳船,以一种载重量大、轻量化的浮墩塔式运载平台为例,实践拓扑优化在整船方案设计和布置设计的指导方法。(2)以变密度拓扑优化为计算方法,介绍其常用插值模型,推导敏度分析直接式和伴随法,介绍其拉格朗日函数的优化准则法,针对拓扑优化的棋盘格式、灰度单元、网格依赖性和局部极值问题等,总结拓扑优化结果不稳定现象解决方法。(3)提出了拓扑优化作用于海洋结构物前期方案设计方法,以浮墩塔式运载平台为例,以海洋结构物体积分数为约束,最小柔度为目标函数,分析总结了拓扑优化方法在海洋结构物前期方案设计体积分数选取区域,为了保持结构物连贯性建议体积分数上限选择区间在0.85-0.95之间,借鉴拓扑优化的结构形式确定运载平台方案设计,对平台基本性能指标进行校核,验证了方案设计合理性,为海洋结构物前期方案设计提供了一种新的设计借鉴方法。(4)通过拓扑优化确定浮力墩、半潜塔和承重甲板强结构和横纵舱壁位置,在静载荷和波浪作用两种载况下计算得浮力墩、半潜塔和承重甲板内部材料分布,以此确定强结构横纵舱壁位置,设计方案布置图,通过规范校核平台总纵强度,maxsurf计算校核平台整体稳性,验证总体设计合理性。(5)提出了一种船舶坐墩的指导性布置方法,以甲板或者坞底作为研究对象,假设坐墩和坞底或者承重甲板是刚性连接,坐墩承受力大小等于承重甲板或者坞底所受的压力,以某小型散货船舶作为案例,计算总结拓扑优化体积分数上限设置区域,坐墩优化设计的体积分数上限选取建议范围在0.25-0.35之间,总结拓扑优化体积分数上限设置区域,设计其坐墩布置方案。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U662

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