拓扑优化方法在油船结构设计中的应用研究

发布时间：2021-08-18 08:16

　　近些年来,船舶结构优化技术得到了越来越多的关注,其主要目的是在满足船舶结构强度要求的前提下尽可能减少船体重量。目前船舶结构优化领域的研究工作主要集中在形状优化和尺寸优化,而拓扑优化方法的应用研究还不够深入。拓扑优化方法能够在保证设计规范要求的前提下,寻求结构传递载荷的最佳路径以及承受载荷的最佳型式,是常规优化手段难以达到的。国内的大型油船空船重量较日韩同级别油船还存在一定的优化空间,因此在油船轻量化设计中采用拓扑优化技术具有非常重要的实际价值。本文将就拓扑优化方法在油船结构设计中的应用开展以下研究工作:（1）针对某型VLCC尾部舱室内支柱的布局,根据布置要求设定优化设计域,基于变密度法选择两种优化目标函数分别进行多目标优化设计。布局优化结果表明该方法具有较好的可行性,无需过多设计经验即可优化得到结构性能较好的支柱布局方案。（2）根据协调版油船散货船共同结构规范（新CSR或CSR-H）确定了具有两道纵舱壁的VLCC三舱段模型的载荷工况及边界条件;选择横向强框架作为拓扑优化对象,分别就横向强框架的优化设计域范围、优化的约束条件、设计域板厚和稳定拓扑构型的关系、双壳间非设计域的板厚以及纵舱壁... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 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 国内外研究现状
        1.2.1 汽车领域拓扑优化研究现状
        1.2.2 航空航天领域拓扑优化研究现状
        1.2.3 建筑领域拓扑优化研究现状
        1.2.4 船舶领域拓扑优化研究现状
    1.3 本论文的主要研究工作
2 基于变密度法的结构拓扑优化基本理论
    2.1 变密度法材料插值模型
        2.1.1 SIMP密度函数插值模型
        2.1.2 RAMP密度函数插值模型
    2.2 基于优化准则法的数值求解过程
        2.2.1 基于SIMP法的优化准则算法
        2.2.2 Kuhn-Tucker条件乘子λ1 迭代方案
        2.2.3 优化准则法的优化计算步骤
    2.3 数值计算中的不稳定现象
        2.3.1 棋盘格现象
        2.3.2 网格依赖性现象
        2.3.3 多孔材料现象
        2.3.4 局部极值现象
    2.4 本章小结
3 基于拓扑优化方法的船体支柱布局优化
    3.1 支柱布局优化设计流程
    3.2 支柱—大跨度甲板结构初始模型
    3.3 支柱—大跨度甲板结构布局优化模型
        3.3.1 拓扑优化设计域
        3.3.2 布局优化的数学模型
    3.4 优化结果及分析
    3.5 方案对比及分析
    3.6 本章小结
4 VLCC横向强框架拓扑优化模型及优化影响因素探讨
    4.1 VLCC三舱段初始模型介绍
        4.1.1 VLCC三舱段结构有限元模型
        4.1.2 VLCC舱段结构拓扑优化构件定义
        4.1.3 VLCC三舱段结构拓扑优化模型载荷工况及边界条件
        4.1.4 VLCC三舱段结构静力分析结果
    4.2 多工况下VLCC横向强框架拓扑优化研究具体流程
    4.3 拓扑优化工况初步筛选
    4.4 横向强框架拓扑优化影响因素探讨
        4.4.1 设计域范围确定
        4.4.2 约束条件确定
        4.4.3 设计域板厚设定
        4.4.4 双壳间非设计域结构板厚设定
        4.4.5 纵舱壁垂直桁非设计域高度设定
    4.5 本章小结
5 VLCC横向强框架多工况拓扑优化研究
    5.1 单工况拓扑优化结果
    5.2 多工况权重设定
    5.3 多工况优化目标函数的选取
    5.4 多工况下VLCC横向强框架拓扑优化
    5.5 多工况下VLCC横向强框架次优构型的优化设计
        5.5.1 次优构型的优化设计域设定
        5.5.2 次优构型的代表工况及其权重系数
        5.5.3 多工况下VLCC横向强框架次优构型的拓扑优化
    5.6 本章小结
结论
参考文献
附录 A 多工况下不同设计域板厚的拓扑优化结果
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]多工况结构拓扑优化的灰色权重折衷规划模型法[J]. 秦浩星,杨德庆.  力学季刊. 2018(02)
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硕士论文
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[4]基于变密度法的连续体结构拓扑优化[D]. 尹艳山.东北大学 2014
[5]油船中剖面结构拓扑优化研究[D]. 刘宏亮.上海交通大学 2014
[6]某重型汽车车架多目标拓扑优化设计及其有限元分析[D]. 崔伟.湖南大学 2012
[7]多工况下连续体结构拓扑优化的基结构方法[D]. 卜鹤群.南京航空航天大学 2012
[8]基于变密度法的连续体结构拓扑优化研究[D]. 吴顶峰.西安电子科技大学 2010
[9]基于变密度法的连续体拓扑优化设计[D]. 汤颖颖.长安大学 2008



本文编号：3349550