基于大变异遗传算法的舰船悬臂结构优化

发布时间：2017-09-28 16:35

  本文关键词：基于大变异遗传算法的舰船悬臂结构优化

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【摘要】：舰船的航行环境一般非常的恶劣,受到主机、螺旋桨和波浪等各种激励力的作用。由于在复杂激励下运行,舰船的结构性能要求都比较高,不仅需要满足强度和刚度的设计要求,而且需要避免有害振动导致的结构寿命缩短和舰船作战性能下降等影响。悬臂结构一般用做舰船的桅杆和支撑柱等,这些结构作用大,受力情况比较复杂,设计过程应该充分考虑其强度、位移和固有频率等力学性能。研究舰船上悬臂结构的优化设计问题,对提高舰船的经济性和作战性,具有非常现实的重要意义,同时,对船上其他问题的解决也有一定的借鉴作用。 本文对基于Timoshenko梁理论对带剪切变形的经典梁单元进行了有限元推导,为编写有限元程序和进行结构分析奠定了基础；同时,本文还着重讨论了应力计算要注意的应力磨平问题。本文选用大变异遗传算法作为解决本文优化问题的优化算法,大变异遗传算法具有收敛速度快,通用性好的特点。本文作者将结构优化算法和结构有限元相结合编写了FORTRAN计算程序,本文所有的优化数值计算都是在本文作者编写的FORTRAN程序上实现的。 本文探讨了有附加质量的悬臂结构在静力作用下的强度和动力频率禁区的组合优化,考虑了舰船结构设计特点,建立的优化模型能够更加适合工程实际,采用的设计变量类型有连续设计变量、离散设计变量和混合设计变量。同时,本文还研究了有基础运动的悬臂梁力学特性,并在此基础上进行了悬臂梁的尺寸优化。 最后,本文作者对本文的研究内容进行了总结,指出了本文研究中存在的不足,并提出了一些改进方法。
【关键词】：大变异遗传算法 悬臂结构 频率禁区 连续变量 离散变量 混合变量
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.70;TP18
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 立题意义和选题背景10-11
• 1.2 结构优化国内外研究发展现状11-12
• 1.2.1 结构静力优化的发展现状11
• 1.2.2 结构动力优化的发展现状11-12
• 1.3 优化算法国内外研究发展现状12-14
• 1.3.1 准则法12
• 1.3.2 数学规划法12-13
• 1.3.3 智能算法13
• 1.3.4 灵敏度分析13-14
• 1.3.5 代理模型14
• 1.4 本文主要工作14-16
• 2 悬臂结构的有限元分析16-34
• 2.1 带剪切的经典梁单元有限元列式16-22
• 2.1.1 Timoshenko梁弯曲理论16-17
• 2.1.2 单元的构造17-18
• 2.1.3 位移场18-19
• 2.1.4 梁单元的位移插值模式和形函数19
• 2.1.5 几何关系19-20
• 2.1.6 本构关系20
• 2.1.7 有限元方程20-21
• 2.1.8 方程合并21-22
• 2.2 空间梁单元22-25
• 2.2.1 局部坐标系与整体坐标系间的转换矩阵22-23
• 2.2.2 空间梁单元的质量阵和刚度阵23-25
• 2.3 应力磨平25-29
• 2.4 数值算例29-33
• 2.4.1 应力计算算例29-30
• 2.4.2 应力磨平算例30-32
• 2.4.3 频率计算算例32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 遗传算法34-46
• 3.1 遗传算法的基本术语34
• 3.2 遗传算法的分析过程34-42
• 3.2.1 初始种群34-35
• 3.2.2 个体编码和解码35-36
• 3.2.3 个体适应度36-37
• 3.2.4 选择37
• 3.2.5 交叉37-38
• 3.2.6 变异38-39
• 3.2.7 最优保存策略39
• 3.2.8 终止条件39-40
• 3.2.9 约束条件的处理40-42
• 3.3 遗传算法的改进42
• 3.3.1 自身改进42
• 3.3.2 与其它算法结合42
• 3.4 数值算例42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 悬臂结构的强度和频率禁区优化46-64
• 4.1 优化模型的建立46-47
• 4.1.1 目标函数的选取46
• 4.1.2 设计变量的选取46
• 4.1.3 约束条件的选取46-47
• 4.2 悬臂结构的首阶频率优化47-54
• 4.2.1 连续设计变量优化47-50
• 4.2.2 离散设计变量优化50-52
• 4.2.3 混合设计变量的优化问题52-54
• 4.3 悬臂结构强度和频率禁区组合优化54-63
• 4.3.1 结构模型和参数54-55
• 4.3.2 优化数学模型55-57
• 4.3.3 优化算法参数57-59
• 4.3.4 优化结果59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 基础运动的悬臂结构动力响应计算和优化64-83
• 5.1 基础运动的悬臂结构有限元方程推导64-67
• 5.2 基础运动的悬臂结构动力响应计算67-71
• 5.2.1 基础平动的悬臂结构动力响应计算67-69
• 5.2.2 基础转动的悬臂结构动力响应计算69-71
• 5.3 基础平动作用下的悬臂结构组合优化71-77
• 5.3.1 结构模型及参数71
• 5.3.2 优化模型71-73
• 5.3.3 优化结果73-77
• 5.4 基础转动作用下的悬臂结构组合优化77-82
• 5.4.1 结构模型及参数77
• 5.4.2 优化模型77-79
• 5.4.3 优化结果79-82
• 5.5 本章小结82-83
• 6 本文总结和展望83-85
• 6.1 工作总结83-84
• 6.2 工作中的不足和进一步设想84-85
• 参考文献85-88
• 附录A 遗传算法程序代码88-108
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况108-109
• 致谢109-110

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：936969