基于大变异遗传算法的舰船加筋结构优化
发布时间：2023-04-02 02:16
随着现代舰船的“轻量化”理念不断深入和建造成本急速上涨,对船舶与海洋工程结构的优化设计需求也逐渐增大。加筋板是船舰最基本的结构形式,在设计空间内灵活多变,且承载性能优越,与舰船的结构强度、减振降噪和稳定性能紧密联系,对舰船整体的优化产生显著的性能影响和经济效益。因此,对加筋结构进行优化具有重要价值。本文以大变异遗传算法为基础,以满足实际工程结构的应用规范、成本需求和性能指标为前提,对加筋结构进行动力优化。首先,对基本遗传算法进行了学习和探讨,并在其基本理论的基础上对大变异算子的操作进行实现,通过对两个经典函数Rastrigrin和Shubert进行测试对比,验证了大变异遗传算法的可行性和搜索能力。然后,对结构有限元分析和优化设计的基本理论进行了讨论,同时对ANSYS的编程语言和结构优化模块进行了简要的概括。以MATLAB编写的优化算法为主程序调用Batch进行数据传递,实现优化程序的自动化。并以十杆平面桁架优化为例,验证了联合优化模式比ANSYS自带优化模块优化效果更佳。接下来,利用该优化模式,针对静定多跨梁和纵骨架式船底加筋板的设计特点,以结构的几何尺寸参数、骨材型号和位置为设计变量...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外结构优化研究进展
1.2.1 结构静力优化研究进展
1.2.2 结构动力优化研究进展
1.3 国内外结构优化算法发展现状
1.3.1 准则法和数学归纳法
1.3.2 启发式算法
1.4 本文主要工作
2 遗传算法及其改良研究
2.1 遗传算法描述
2.1.1 遗传算法的基本思想
2.1.2 遗传算法的优缺点
2.1.3 遗传算法的用语
2.2 基本遗传算法的理论基础
2.2.1 模式定理
2.2.2 积木块
2.3 遗传算法的技术实现
2.3.1 编码方法
2.3.2 设置初始种群
2.3.3 适应度函数
2.3.4 选择算子
2.3.5 交叉算子
2.3.6 变异算子
2.3.7 控制参数的设定
2.3.8 终止条件的设定
2.4 遗传算法的改良
2.4.1 大变异遗传算法
2.4.2 约束条件的处理
2.5 算例测试
2.6 小结
3 有限元理论和结构优化设计
3.1 有限元的基本理论
3.1.1 弹性力学基本概述
3.2 结构优化设计的数学模型
3.2.1 设计变量的选定
3.2.2 约束条件的设置
3.2.3 目标函数的设置
3.3 ANSYS结构优化设计
3.3.1 APDL语言与批处理模式
3.3.2 ANSYS优化模块简介
3.4 基于MATLAB与 ANSYS协同的算法优化实现
3.5 算例验证
3.6 小结
4 板梁结构的强度和频率禁区优化
4.1 静定多跨梁的结构参数优化
4.1.1 静定多跨梁的结构参数
4.1.2 静定多跨梁的静力优化
4.1.3 静定多跨梁的频率优化
4.1.4 静定多跨梁的静力和频率组合优化
4.2 纵骨架式加筋板的结构参数优化
4.2.1 加筋板的结构参数
4.2.2 基于频率的加筋板质量优化
4.2.3 基于静力的加筋板架频率优化
4.4 小结
5 框架式加筋浮筏结构优化
5.1 振动功率流的计算
5.1.1 振动功率流的定义
5.1.2 振动性能的评价指标
5.2 框架式加筋浮筏系统优化设计
5.2.1 加筋浮筏隔振系统的有限元建模
5.2.2 加筋浮筏隔振性能分析
5.2.3 加筋浮筏结构参数对隔振性能的影响
5.3 框架式加筋浮筏系统优化设计
5.3.1 框架式加筋浮筏系统参数优化
5.3.2 浮筏优化的数学模型
5.3.3 浮筏优化结果
5.4 小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
附录 A 遗传算法程序代码
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3778329
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外结构优化研究进展
1.2.1 结构静力优化研究进展
1.2.2 结构动力优化研究进展
1.3 国内外结构优化算法发展现状
1.3.1 准则法和数学归纳法
1.3.2 启发式算法
1.4 本文主要工作
2 遗传算法及其改良研究
2.1 遗传算法描述
2.1.1 遗传算法的基本思想
2.1.2 遗传算法的优缺点
2.1.3 遗传算法的用语
2.2 基本遗传算法的理论基础
2.2.1 模式定理
2.2.2 积木块
2.3 遗传算法的技术实现
2.3.1 编码方法
2.3.2 设置初始种群
2.3.3 适应度函数
2.3.4 选择算子
2.3.5 交叉算子
2.3.6 变异算子
2.3.7 控制参数的设定
2.3.8 终止条件的设定
2.4 遗传算法的改良
2.4.1 大变异遗传算法
2.4.2 约束条件的处理
2.5 算例测试
2.6 小结
3 有限元理论和结构优化设计
3.1 有限元的基本理论
3.1.1 弹性力学基本概述
3.2 结构优化设计的数学模型
3.2.1 设计变量的选定
3.2.2 约束条件的设置
3.2.3 目标函数的设置
3.3 ANSYS结构优化设计
3.3.1 APDL语言与批处理模式
3.3.2 ANSYS优化模块简介
3.4 基于MATLAB与 ANSYS协同的算法优化实现
3.5 算例验证
3.6 小结
4 板梁结构的强度和频率禁区优化
4.1 静定多跨梁的结构参数优化
4.1.1 静定多跨梁的结构参数
4.1.2 静定多跨梁的静力优化
4.1.3 静定多跨梁的频率优化
4.1.4 静定多跨梁的静力和频率组合优化
4.2 纵骨架式加筋板的结构参数优化
4.2.1 加筋板的结构参数
4.2.2 基于频率的加筋板质量优化
4.2.3 基于静力的加筋板架频率优化
4.4 小结
5 框架式加筋浮筏结构优化
5.1 振动功率流的计算
5.1.1 振动功率流的定义
5.1.2 振动性能的评价指标
5.2 框架式加筋浮筏系统优化设计
5.2.1 加筋浮筏隔振系统的有限元建模
5.2.2 加筋浮筏隔振性能分析
5.2.3 加筋浮筏结构参数对隔振性能的影响
5.3 框架式加筋浮筏系统优化设计
5.3.1 框架式加筋浮筏系统参数优化
5.3.2 浮筏优化的数学模型
5.3.3 浮筏优化结果
5.4 小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
附录 A 遗传算法程序代码
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3778329
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