巴拿马型集装箱船结构优化设计研究

发布时间：2017-04-26 15:00

  本文关键词：巴拿马型集装箱船结构优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 近年来,随着全球贸易的发展,集装箱船发展很快,已成为船舶运输网络中重要的组成部分。现代大型集装箱船为了存放更多的集装箱,争取更大存放空间,有甲板大开口和舱口围板结构,并且在船首部、尾部设计中也尽量争取更多空间存放集装箱,但这给船舶的结构强度带来了特殊的要求。 本文依据CCS规范建立了考虑弯扭强度约束和频率约束的巴拿马型集装箱船中剖面优化设计数学模型。依据CCS规范,模型考虑了规范中所要求的正应力要求、剪应力要求、稳定性要求和尺寸界限要求;根据薄壁杆件扭转理论,模型也考虑集装箱船水平扭矩和货物扭矩引起的剪应力;根据船体梁振动理论估算船体垂向总振动固有频率,模型还考虑了频率约束,使其避开主机转速。 在依据规范建立的优化数学模型基础上,用VC编译可执行程序,控制变量的输入输出以及变量之间的约束关系;运用自适应模拟退火算法,在ISIGHT平台上集成VC可执行程序,建立基于规范法的考虑离散变量集的集装箱中剖面优化设计系统。对3100TEU集装箱中剖面进行了优化计算,优化结果中剖面面积减小了9.67%,同时满足了强度及稳定性的要求。 中剖面优化完成后,本文研究了基于CCS规范的巴拿马型集装箱船横舱壁结构的优化设计,提出了高效的优化方案。对3100TEU集装箱船的横舱壁结构进行了优化计算,优化结果重量下降了2.52%。 本文还研究了基于直接计算法的巴拿马型集装箱船舱段结构优化设计系统。采用PATRAN程序的PCL语言,建立了具有三道横向支撑舱壁和两道水密舱壁的巴拿马型集装箱船1/2+1+1/2舱段的参数化有限元模型,作为优化的有限元分析平台;构建了集装箱船舱段结构优化模型;实现了NASTRAN与ISIGHT的集成;通过在ISIGHT上的参数设计,建立了基于直接算法的考虑离散变量集的巴拿马型集装箱船舱段结构优化设计系统,对3100TEU集装箱船舱段结构进行了优化计算,优化结果重量下降了17.44%。 本文在大型通用优化软件上对舱段结构进行了初探性拓扑优化设计和尺寸优化设计,旨在为集装箱船舱段结构的概念设计提供参考。
【关键词】：集装箱船 结构优化 规范法 直接计算法 拓扑优化 尺寸优化
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U674.131
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题的来源、目的和意义11-12
• 1.1.1 数字化造船11
• 1.1.2 集装箱船结构优化设计11-12
• 1.1.3 课题的来源、目的和意义12
• 1.2 国内研究现状12-14
• 1.2.1 集装箱船弯扭组合强度12-13
• 1.2.2 船舶中剖面优化设计13-14
• 1.3 国外研究现状14-15
• 1.4 本文的研究内容15-16
• 第二章 基于规范法的巴拿马型集装箱船中剖面优化设计数学模型16-48
• 2.1 引言16
• 2.2 优化模型的描述16-17
• 2.3 设计变量17-19
• 2.3.1 设计变量的选取17-19
• 2.3.2 设计变量离散集的确定19
• 2.4 目标函数的建立19
• 2.5 约束条件的确定19-43
• 2.5.1 正应力约束20-24
• 2.5.2 剪应力约束24-35
• 2.5.3 稳定性约束35-36
• 2.5.4 频率约束36-37
• 2.5.5 结构尺寸界限约束37-43
• 2.6 约束条件小结43-45
• 2.7 优化设计数学模型45
• 2.8 优化数学模型的程序编制45-47
• 2.8.1 程序的功能和特点45-46
• 2.8.2 程序流程简介46-47
• 2.9 本章小结47-48
• 第三章 基于规范法的巴拿马型集装箱船中剖面优化设计系统48-56
• 3.1 引言48
• 3.2 ISIGHT 的工程集成48
• 3.3 优化系统的算法实现48-51
• 3.3.1 模拟退火过程和 Metropolis 准则49-50
• 3.3.2 模拟退火算法的基本思想和步骤50-51
• 3.4 优化仿真系统的建立51-55
• 3.4.1 优化方案51-52
• 3.4.2 优化模型参数化52
• 3.4.3 仿真集成52-53
• 3.4.4 设计参数模块53
• 3.4.5 优化实现53-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 巴拿马型集装箱船横舱壁结构优化设计56-67
• 4.1 引言56
• 4.2 优化策略56-57
• 4.3 已知条件57-58
• 4.3.1 已知参数58
• 4.3.2 不参与优化的构件58
• 4.4 设计变量58-59
• 4.5 目标函数59-60
• 4.6 约束条件60-64
• 4.6.1 横舱壁板60
• 4.6.2 横舱壁扶强材60-62
• 4.6.3 桁架结构62-63
• 4.6.4 约束条件小结63-64
• 4.7 横舱壁数学模型的程序编制64-65
• 4.8 3100TEU 横舱壁的优化结果65-66
• 4.9 本章小结66-67
• 第五章 基于直接法的巴拿马型集装箱船舱段结构优化设计系统67-87
• 5.1 引言67
• 5.2 参数化有限元模型的建立67-73
• 5.2.1 模型参数化67-68
• 5.2.2 直接法建模要求68-69
• 5.2.3 自动建立实体和单元69-70
• 5.2.4 边界条件与载荷工况70
• 5.2.5 3100TEU 集装箱船的舱段有限元模型70-73
• 5.3 直接法优化设计系统73-84
• 5.3.1 有限元计算结果73-74
• 5.3.2 集成系统策略74-75
• 5.3.3 优化系统建立75-84
• 5.4 直接法优化设计计算结果84-85
• 5.5 本章小结85-87
• 第六章 巴拿马型集装箱船舱段结构拓扑优化设计87-93
• 6.1 引言87
• 6.2 结构拓扑优化设计87-88
• 6.3 结构尺寸优化设计88-89
• 6.4 Hypermesh 环境下的舱段有限元模型89-90
• 6.5 舱段总体的拓扑优化设计90-91
• 6.6 舱段的尺寸优化设计91-92
• 6.7 本章小结92-93
• 第七章 结论与展望93-96
• 7.1 主要研究成果93-95
• 7.1.1 基于规范设计的巴拿马型集装箱船结构优化设计93-94
• 7.1.2 基于直接计算的巴拿马型集装箱船结构优化设计94
• 7.1.3 基于规范法和直接计算法的优化系统比较94
• 7.1.4 巴拿马型集装箱船结构拓扑优化设计94-95
• 7.2 进一步研究的建议95-96
• 参考文献96-101
• 致谢101-102
• 攻读硕士学位期间发表的论文102-104

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 孙利;王德禹;;船舶结构理性设计方法热点问题与展望[J];中国舰船研究;2012年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈强;基于蚁群算法的长江大开口散货船中部结构优化设计研究[D];武汉理工大学;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 陈金峰;知识工程应用于船舶结构设计的研究[D];上海交通大学;2011年

4 孙利;基于超单元和支持向量机技术的船舶结构理性设计方法研究[D];上海交通大学;2012年

5 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

6 孙洪刚;2400吨级江海直达货船优化设计研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

7 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

8 袁野;基于支持向量机近似模型的结构优化设计及应用研究[D];上海交通大学;2013年

9 陈翔;散货船结构动力特性分析及优化设计[D];上海交通大学;2013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：328643