响应面分析法在结构优化中的应用
发布时间：2021-08-13 17:58
舰船结构的优化是指舰船在设计时满足强度、刚度、韧性等各方面的设计标准,同时结构具有较高的可靠性和较小的质量,降低生产成本,延长结构的使用寿命。响应面分析法是一种在多变量非线性优化方面广泛应用的分析方法,该方法具有较高的收敛性。本文应用响应面分析法,结合三维建模软件和有限元分析软件Ansys研究了舰船局部结构的优化问题。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(16)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
响应面分析法的原理示意图Fig.1Schematicdiagramofresponsesurfaceanalysismethod
2.2基于Ansys软件的舰船结构响应面优化设计本文利用响应面分析法对船舶的结构优化进行研究，重点是确定船舶结构在一定设计约束条件下，结构的最优化设计参数。有限元分析法能够高效的进行结构的强度分析，从而确定船舶结构参数能否满足一定载荷下的强度要求。船舶结构的有限元分析流程如图2所示。设定船舶结构有限元模型的单元类型分别为solid170和beam单元，结构的泊松比为0.36，材料为钢。在Ansys平台中，定义结构的运动方程为：1α[M(x)]{¨y}+[K(x)]{y}=[F]。(7)式中：M(x)为船舶结构的质量矩阵；K(x)为刚度矩阵。以船舶舱室的支撑结构为例，局部结构的有限元模型如图3所示。船舶舱室支撑结构在正常工作过程中主要承受的是压力，该结构优化的参数是在载荷作用下的位移特性，将边界条件设定为结构位移变化的响应面函数，在Ansys中进行仿真分析。定义船舶舱室支撑结构的自由度边界条件，对支撑结构施加逐渐变化的压力载荷，得到支撑结构的位移响应曲线如图4所示。由图可知，随着载荷的增加，船舶舱室支撑结构竖向位移起初变化幅度非常小，一旦载荷超过4kN，竖向位移明显增加。3结语响应面分析是一种多变量的寻优方法，利用这种方法进行船舶结构的优化时，需要系统地分析影响船舶结构质量的因素，然后根据影响因素建立响应面函数模型，最后根据Ansys有限元仿真，快速获取结构优化的效果。参考文献：王允超,王晓东.基于ANSYS的地铁列车制动盘热容量影响因素对比分析[J].装备制造技术,2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技术的船舶大型复杂结构焊接变形力学分析[J].舰船科学技术,2019(18).[2]薛仁龙.?
ANSYS的地铁列车制动盘热容量影响因素对比分析[J].装备制造技术,2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技术的船舶大型复杂结构焊接变形力学分析[J].舰船科学技术,2019(18).[2]薛仁龙.基于ANSYS有限元方法的反击式破碎机优化[J].数字化用户,2014,000(4):47–48.[3]姜衡,管贻生,邱志成.基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化[J].机械工程学报,2011(11):129–137.[4]图2船舶结构的有限元分析流程图Fig.2Finiteelementanalysisflowofshipstructureoptimization图3船舶舱室支撑结构的有限元模型Fig.3Finiteelementmodelofsupportingstructureofshipcabin图4支撑结构的位移响应曲线图Fig.4Displacementresponsecurveofsupportingstructure第42卷李威：响应面分析法在结构优化中的应用·15·
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元分析技术的船舶大型复杂结构焊接变形力学分析[J]. 徐文娟. 舰船科学技术. 2019(18)
[2]基于ANSYS的地铁列车制动盘热容量影响因素对比分析[J]. 王允超,王晓东. 装备制造技术. 2015(10)
[3]基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化[J]. 姜衡,管贻生,邱志成,张宪民,陈忠,许冠. 机械工程学报. 2011(11)
本文编号：3340885
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(16)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
响应面分析法的原理示意图Fig.1Schematicdiagramofresponsesurfaceanalysismethod
2.2基于Ansys软件的舰船结构响应面优化设计本文利用响应面分析法对船舶的结构优化进行研究，重点是确定船舶结构在一定设计约束条件下，结构的最优化设计参数。有限元分析法能够高效的进行结构的强度分析，从而确定船舶结构参数能否满足一定载荷下的强度要求。船舶结构的有限元分析流程如图2所示。设定船舶结构有限元模型的单元类型分别为solid170和beam单元，结构的泊松比为0.36，材料为钢。在Ansys平台中，定义结构的运动方程为：1α[M(x)]{¨y}+[K(x)]{y}=[F]。(7)式中：M(x)为船舶结构的质量矩阵；K(x)为刚度矩阵。以船舶舱室的支撑结构为例，局部结构的有限元模型如图3所示。船舶舱室支撑结构在正常工作过程中主要承受的是压力，该结构优化的参数是在载荷作用下的位移特性，将边界条件设定为结构位移变化的响应面函数，在Ansys中进行仿真分析。定义船舶舱室支撑结构的自由度边界条件，对支撑结构施加逐渐变化的压力载荷，得到支撑结构的位移响应曲线如图4所示。由图可知，随着载荷的增加，船舶舱室支撑结构竖向位移起初变化幅度非常小，一旦载荷超过4kN，竖向位移明显增加。3结语响应面分析是一种多变量的寻优方法，利用这种方法进行船舶结构的优化时，需要系统地分析影响船舶结构质量的因素，然后根据影响因素建立响应面函数模型，最后根据Ansys有限元仿真，快速获取结构优化的效果。参考文献：王允超,王晓东.基于ANSYS的地铁列车制动盘热容量影响因素对比分析[J].装备制造技术,2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技术的船舶大型复杂结构焊接变形力学分析[J].舰船科学技术,2019(18).[2]薛仁龙.?
ANSYS的地铁列车制动盘热容量影响因素对比分析[J].装备制造技术,2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技术的船舶大型复杂结构焊接变形力学分析[J].舰船科学技术,2019(18).[2]薛仁龙.基于ANSYS有限元方法的反击式破碎机优化[J].数字化用户,2014,000(4):47–48.[3]姜衡,管贻生,邱志成.基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化[J].机械工程学报,2011(11):129–137.[4]图2船舶结构的有限元分析流程图Fig.2Finiteelementanalysisflowofshipstructureoptimization图3船舶舱室支撑结构的有限元模型Fig.3Finiteelementmodelofsupportingstructureofshipcabin图4支撑结构的位移响应曲线图Fig.4Displacementresponsecurveofsupportingstructure第42卷李威：响应面分析法在结构优化中的应用·15·
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元分析技术的船舶大型复杂结构焊接变形力学分析[J]. 徐文娟. 舰船科学技术. 2019(18)
[2]基于ANSYS的地铁列车制动盘热容量影响因素对比分析[J]. 王允超,王晓东. 装备制造技术. 2015(10)
[3]基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化[J]. 姜衡,管贻生,邱志成,张宪民,陈忠,许冠. 机械工程学报. 2011(11)
本文编号：3340885
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