船舶空间节点结构设计与鲁棒性优化研究
发布时间：2021-04-08 14:14
在船舶空间节点设计中,常规的设计方法没有考虑到设计变量对设计结果的影响,当设计变量发生变化时,会使设计参数偏离预期的范围,增大设计误差值,影响船舶整体结构的稳定性和安全性。而鲁棒性优化方法通过对变量进行调整,从而获得最优解,确保设计参数在可行区域内降低对设计变量的敏感度,提高船舶空间节点结构的设计质量。本文分析鲁棒性优化的基础理论,提出了船舶空间节点结构设计中鲁棒性优化的具体应用。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(12)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
鲁棒性优化设计原理示意图Fig.1Schematicdiagramofrobustoptimizationdesign
的降低幅度始终在约束范围内。2.2基于鲁棒性优化的灵敏度法在船舶空间节点结构设计中的应用船舶为双体船结构，总长为28m，型宽为9m，型深为3.2m，水线长为26m，结构吃水为1.52m，满载排水量为100t。该船舶结构空间共包括52343个单元，33658个空间节点。双体船结构在总弯矩的作用下产生中拱或中垂现象，船舶受波浪影响下的工况如图2所示；双体船受到横向弯矩作用产生波谷和波峰，双体船受到扭转弯矩作用时，会在45°浪向角和135°浪向角下产生最大扭矩。图2船舶受波浪影响下的工况情况示意图Fig.2Schematicdiagramofworkingconditionofshipundertheinfluenceofwave船舶空间节点结构要保证在受到外力作用下始终保持平衡，最大程度降低对外力因素的敏感度，此时应满足以下边界条件：支点反应力等于0；约束船结构整体性移动；对施加载荷设计约束函数，由于首部和尾部不会反映出应力值的变化，所以在设计时可以暂时忽略这2个部位的影响，只考虑板单元、梁单元中的空间节点设计[5]。2.3鲁棒性优化设计过程根据本文对船体工况的计算，要想使空间节点结构设计满足应力的设计要求，就必须满足侧体内舷侧外板与桥底板的板单元和梁单元合成应力，这2个参数分别为74Mpa和75Mpa。同时，在该区域内，发生·26·舰船科学技术第42卷
最大应力变化的情况最多。结合这些情况，有必要运用鲁棒性优化方法对船舶关键的空间节点结构进行重新设计。设计变量选取甲板、首甲板、甲板边板、船底板、片体内舷侧外板、横舱壁、龙骨、尾封板、首封板、中纵水密舱壁、强框架等。对上述构件依次编号，运用灵敏度分析法得出分析图形，船舶构件质量灵敏度曲线如图3所示，船舶梁单元合成应力灵敏度变化如图4所示。图3基于灵敏度分析法的船舶构件质量灵敏度变化图Fig.3Sensitivitydiagramofshipcomponentsbasedonsensitivityanalysis在船舶结构中，合成应力的灵敏度可以细分为板和梁2个部分。利用有限元分析软件进行计算之后可以得到合成应力分布情况，以及船舶各个节点的受力灵敏度变化趋势，据此可对板和梁的合成应力灵敏度进行取值。当相应构件的板厚增加时，会导致应力减小，换言之，板厚对应力具有减小的作用。同时，构件的板厚增加之后，梁的合成应力随之增大，由此表明，板厚与梁的合成应力成正比关系。在船舶承受横向弯矩的前提下，船体会出现一定程度的位移，为确保船舶结构的性能，必须保证船体的刚度足够大。为便于分析，可以将船体的刚度和受力灵敏度进行等效处理，在此基础上，便可快速求出船舶各个部件板厚的灵敏度，同时以位移作为约束条件，能够得出船体刚度的最优灵敏度，进而提高整体船舶节点结构的鲁棒性。3结语船舶空间节点设计可采用鲁棒性优化获取最优的设计参数，提高船舶结构设计质量。在鲁棒性优化中，最适宜船舶空间节点设计的方法为灵敏度法，所以可采用灵敏度法对船舶空间节点结构进行设计，提高鲁棒性，从而减少设计值与实际值的差异。参考文献：董海茵.多目标模糊优化在船舶结构设计中的应用[J].舰船科学技术,
【参考文献】：
期刊论文
[1]韩国玻璃钢渔船船体结构设计余量及其环境负荷分析[J]. 韩志强,JANG Jaewon,OH Daekyun. 中国造船. 2020(01)
[2]船舶结构优化设计方法及应用实践微探[J]. 高兆进. 科技创新与应用. 2018(05)
[3]多目标模糊优化在船舶结构设计中的应用[J]. 董海茵. 舰船科学技术. 2017(12)
硕士论文
[1]典型船舶空间节点结构优化设计研究[D]. 刘甜甜.华中科技大学 2015
本文编号：3125707
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(12)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
鲁棒性优化设计原理示意图Fig.1Schematicdiagramofrobustoptimizationdesign
的降低幅度始终在约束范围内。2.2基于鲁棒性优化的灵敏度法在船舶空间节点结构设计中的应用船舶为双体船结构，总长为28m，型宽为9m，型深为3.2m，水线长为26m，结构吃水为1.52m，满载排水量为100t。该船舶结构空间共包括52343个单元，33658个空间节点。双体船结构在总弯矩的作用下产生中拱或中垂现象，船舶受波浪影响下的工况如图2所示；双体船受到横向弯矩作用产生波谷和波峰，双体船受到扭转弯矩作用时，会在45°浪向角和135°浪向角下产生最大扭矩。图2船舶受波浪影响下的工况情况示意图Fig.2Schematicdiagramofworkingconditionofshipundertheinfluenceofwave船舶空间节点结构要保证在受到外力作用下始终保持平衡，最大程度降低对外力因素的敏感度，此时应满足以下边界条件：支点反应力等于0；约束船结构整体性移动；对施加载荷设计约束函数，由于首部和尾部不会反映出应力值的变化，所以在设计时可以暂时忽略这2个部位的影响，只考虑板单元、梁单元中的空间节点设计[5]。2.3鲁棒性优化设计过程根据本文对船体工况的计算，要想使空间节点结构设计满足应力的设计要求，就必须满足侧体内舷侧外板与桥底板的板单元和梁单元合成应力，这2个参数分别为74Mpa和75Mpa。同时，在该区域内，发生·26·舰船科学技术第42卷
最大应力变化的情况最多。结合这些情况，有必要运用鲁棒性优化方法对船舶关键的空间节点结构进行重新设计。设计变量选取甲板、首甲板、甲板边板、船底板、片体内舷侧外板、横舱壁、龙骨、尾封板、首封板、中纵水密舱壁、强框架等。对上述构件依次编号，运用灵敏度分析法得出分析图形，船舶构件质量灵敏度曲线如图3所示，船舶梁单元合成应力灵敏度变化如图4所示。图3基于灵敏度分析法的船舶构件质量灵敏度变化图Fig.3Sensitivitydiagramofshipcomponentsbasedonsensitivityanalysis在船舶结构中，合成应力的灵敏度可以细分为板和梁2个部分。利用有限元分析软件进行计算之后可以得到合成应力分布情况，以及船舶各个节点的受力灵敏度变化趋势，据此可对板和梁的合成应力灵敏度进行取值。当相应构件的板厚增加时，会导致应力减小，换言之，板厚对应力具有减小的作用。同时，构件的板厚增加之后，梁的合成应力随之增大，由此表明，板厚与梁的合成应力成正比关系。在船舶承受横向弯矩的前提下，船体会出现一定程度的位移，为确保船舶结构的性能，必须保证船体的刚度足够大。为便于分析，可以将船体的刚度和受力灵敏度进行等效处理，在此基础上，便可快速求出船舶各个部件板厚的灵敏度，同时以位移作为约束条件，能够得出船体刚度的最优灵敏度，进而提高整体船舶节点结构的鲁棒性。3结语船舶空间节点设计可采用鲁棒性优化获取最优的设计参数，提高船舶结构设计质量。在鲁棒性优化中，最适宜船舶空间节点设计的方法为灵敏度法，所以可采用灵敏度法对船舶空间节点结构进行设计，提高鲁棒性，从而减少设计值与实际值的差异。参考文献：董海茵.多目标模糊优化在船舶结构设计中的应用[J].舰船科学技术,
【参考文献】：
期刊论文
[1]韩国玻璃钢渔船船体结构设计余量及其环境负荷分析[J]. 韩志强,JANG Jaewon,OH Daekyun. 中国造船. 2020(01)
[2]船舶结构优化设计方法及应用实践微探[J]. 高兆进. 科技创新与应用. 2018(05)
[3]多目标模糊优化在船舶结构设计中的应用[J]. 董海茵. 舰船科学技术. 2017(12)
硕士论文
[1]典型船舶空间节点结构优化设计研究[D]. 刘甜甜.华中科技大学 2015
本文编号：3125707
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