大型油船结构优化设计研究

发布时间：2017-04-16 19:28

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【摘要】：大型油船作为海上原油运输的主要工具,结构复杂,钢材消耗量大,因此展开结构优化研究,对减少钢材用量,提高设计水平,有着重要意义。本文采用数学规划的手段,对大型油船中部舱段结构进行了以减轻结构重量为目标的优化设计研究。 本文研究了基于DNV规范的大型油船中剖面结构优化设计。建立了能够减少设计变量数量和提高优化效率的优化模型;改进了相对差商法;建立了适用于中剖面结构优化的遗传算法数学模型。对某15万吨和29.9万吨的两条油船的中剖面进行了优化计算,优化结果重量分别下降5.33%和6.46%。 在中剖面结构优化设计的基础上,本文研究了基于DNV规范的大型油船横舱壁结构优化设计。提出了高效的优化方案。优化方法采用变尺度混沌算法。对某15万吨和29.9万吨的两条油船的横舱壁结构进行了优化计算,优化结果重量分别下降4.86%和4.13%。 本文初步研究了基于直接计算法的大型油船整体舱段结构优化设计。采用ANSYS程序的APDL语言,建立了具有两道纵舱壁且水平撑杆在侧边液舱的大型油船1/2+1+1/2舱段强度评估的参数化有限元模型,作为优化的有限元分析平台;构建了大型油船整体舱段结构优化模型;实现了优化模型与ANSYS软件之间接口联接;通过均匀实验设计方法研究分析,确定了合适的特征样本点进行有限元分析;从而建立了设计变量和舱段结构有关控制点应力的径向基神经网络响应面;采用相对差商法,最终提出了大型油船舱段结构优化方案。对某条29.9万吨的超大型油船中部整体舱段结构进行了优化计算,结果显示重量下降1.93%,体现了本优化方案的可行性。
【关键词】：大型油船 结构优化 直接计算法 均匀设计 神经网络 响应面
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U674.133.1
【目录】：

• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究的目的和意义8
• 1.2 国内研究现状8-10
• 1.2.1 中剖面纵向构件优化设计8-9
• 1.2.2 横舱壁结构优化设计9-10
• 1.3 国外研究现状10-13
• 1.3.1 从船舶的局部优化到三维舱段优化方面的进展10-11
• 1.3.2 船舶结构优化方法进展11-13
• 1.4 本文的研究内容13-14
• 第二章 优化方法的研究14-20
• 2.1 引言14
• 2.2 离散变量结构优化设计的特点和难点14
• 2.3 优化方法14-20
• 2.3.1 相对差商法14-17
• 2.3.1.1 基本思想15-16
• 2.3.1.2 搜索方向及步长的确定16-17
• 2.3.1.3 算法的计算步骤17
• 2.3.2 变尺度混沌算法17-20
• 2.3.2.1 关于混沌18
• 2.3.2.2 变尺度混沌算法18-20
• 第三章 大型油船中剖面结构优化设计20-56
• 3.1 引言20
• 3.2 已知条件20
• 3.2.1 已知量20
• 3.2.2 由规范确定最小尺寸的构件20
• 3.3 设计变量20-24
• 3.3.1 设计变量的选取20-23
• 3.3.2 设计变量离散集的确定23
• 3.3.3 设计变量的构件与相邻其它同类构件之间的关系23-24
• 3.4 目标函数的建立24-25
• 3.5 约束条件的确定25-51
• 3.5.1 总强度约束25-26
• 3.5.1.1 中横剖面关于横向中和轴的剖面模数25-26
• 3.5.1.2 中横剖面关于垂向中和轴的剖面模数26
• 3.5.1.3 中横剖面关于横向中和轴的惯性矩26
• 3.5.2 结构尺寸界限约束26-44
• 3.5.2.1 底部结构26-32
• 3.5.2.2 舷侧结构32-40
• 3.5.2.3 甲板结构40-42
• 3.5.2.4 舱壁结构42-44
• 3.5.3 局部稳定性约束44-51
• 3.5.3.1 板的稳定性约束44-47
• 3.5.3.2 扶强材的稳定性约束47-51
• 3.6 优化算法的改进和运用51-53
• 3.6.1 相对差商法的改进51-52
• 3.6.2 遗传算法优化模型52-53
• 3.7 对某29.9万吨油船中剖面结构的优化53-55
• 3.8 本章小结55-56
• 第四章 大型油船横舱壁结构优化设计56-71
• 4.1 引言56
• 4.2 优化策略56
• 4.3 己知条件56-58
• 4.3.1 已知量57
• 4.3.2 按规范计算出最小尺寸的构件57-58
• 4.4 设计变量58
• 4.5 目标函数58
• 4.6 约束条件58-68
• 4.6.1 横舱壁板58-60
• 4.6.2 垂直扶强材结构60-62
• 4.6.3 水平桁结构62-66
• 4.6.4 局部稳定性约束66-68
• 4.6.4.1 垂直扶强材的稳定性约束66-67
• 4.6.4.2 水平桁的稳定性约束67-68
• 4.6.5 工艺性约束68
• 4.7 某29.9万吨油船横舱壁结构的优化结果68-70
• 4.8 本章小结70-71
• 第五章 基于直接计算法的大型油船整体舱段结构优化设计71-106
• 5.1 引言71-72
• 5.2 优化方案72-73
• 5.3 已知条件73
• 5.4 设计变量73-78
• 5.5 目标函数78-79
• 5.6 约束函数79
• 5.7 舱段强度分析的参数化有限元模型79-89
• 5.7.1 自动建立实体和单元79-82
• 5.7.2 自动加载边界条件82
• 5.7.3 自动加载载荷工况82-84
• 5.7.4 自动输出计算结果84-85
• 5.7.5 某29.9万吨油船的舱段有限元模型85-89
• 5.8 均匀实验设计89-94
• 5.8.1 均匀设计理论89-91
• 5.8.2 均匀设计表的构造方法91-93
• 5.8.3 舱段优化均匀设计93-94
• 5.9 神经网络响应面94-101
• 5.9.1 RBF网络原理95-99
• 5.9.1.1 RBF网络结构95-96
• 5.9.1.2 RBF网络学习的正交最小二乘算法96-99
• 5.9.2 舱段优化的 RBF网络响应面99-101
• 5.10 优化算例101-104
• 5.11 本章小结104-106
• 第六章 结论106-109
• 6.1 主要研究成果106-107
• 6.1.1 基于规范设计法的大型油船结构优化研究成果106
• 6.1.2 基于直接计算法的大型油船结构优化研究成果106-107
• 6.2 进一步研究的建议107-109
• 附录1 作为算例的某29.9万吨油船中剖面相关数据109-115
• 附录2 某29.9万吨油船横舱壁板列及肋板和加强筋的参数115-117
• 参考文献117-120
• 致谢120-121
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文121

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王孟;载货车车架轻量化设计方法研究与软件开发[D];山东理工大学;2011年

2 王从晶;全船结构动力特性的优化设计研究[D];上海交通大学;2011年

3 何勇;考虑动态响应特性的全船结构多目标优化研究[D];上海交通大学;2012年

4 黄重阳;基于响应面法的散货船结构优化设计[D];大连理工大学;2011年

5 田本涛;基于共同结构规范的油船货舱区结构优化设计[D];大连理工大学;2006年

6 向林浩;基于等强度板格稳定的船体结构优化设计研究[D];武汉理工大学;2007年

7 胡琳琳;非钢质滑行艇的结构设计与分析[D];哈尔滨工程大学;2008年

8 刘洁雪;基于响应面法的集装箱船优化设计研究[D];天津大学;2008年

9 王艳艳;蚁群算法在油船结构优化设计中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

10 周素素;全船结构静动态多目标优化设计研究[D];上海交通大学;2013年

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本文编号：311534