基于共同规范的油船货舱区结构优化设计

发布时间：2017-06-08 00:17

  本文关键词：基于共同规范的油船货舱区结构优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：船舶结构优化设计在近年得到了较快的发展,其主要目标是在保证船体强度和经济性的条件下尽可能地减轻船体重量。以往针对船体的优化设计研究主要集中在尺寸优化方面,以通过对构件的板厚、截面面积的优化达到减轻结构重量的目的。拓扑优化在船体结构优化设计的应用仍较少,拓扑优化能很好地确定结构最佳的传力型式,使结构达到最优布置。本文将通过对某大型油船中间货舱区横向强框剖面的拓扑优化分析,确定其典型横剖面结构的拓扑构型,并在此基础上进行尺寸优化。具体描述为(1)研究结构优化设计方法,及其相应的敏度分析、近似模型、优化算法以及制造工艺约束等优化设计的若干关键问题。(2)研究适用于油船货舱区结构的拓扑优化模型,根据SIMP材料密度插值模型,以结构设计变量范围的体积分数为优化目标,以结构位移或者应力作为约束条件,分别采用不同分析模型(三舱段模型或者子模型等)和不同约束条件等,针对某32万吨VLCC中间货舱区典型横剖面进行一系列的拓扑优化研究,确定其典型横剖面的拓扑构型设计方案。(3)研究基于共同规范的油船货舱区结构的尺寸和综合力学性能优化,以共同规范各复杂载况的Von-Mises应力作为设计约束条件,在优化拓扑构型的基础上完成尺寸优化,最终获得具有较好减重效果的油船货舱区结构设计方案。
【关键词】：油船横剖面优化 连续体结构拓扑优化 制造工艺约束 位移约束 应力约束 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】：2015
【分类号】：U674.133.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 本文研究背景9-10
• 1.2 结构优化背景和现状10-13
• 1.3 船舶结构优化研究现状13-15
• 1.4 船舶结构优化设计的一般概念15-16
• 1.5 本文研究内容16-19
• 第二章 基于位移约束的油船横剖面拓扑优化19-47
• 2.1 子模型技术19-23
• 2.1.1 子模型分析流程20
• 2.1.2 油船子模型分析技术20-21
• 2.1.3 本文研究对象的描述21-23
• 2.2 灵敏度分析23-24
• 2.2.1 半解析法23
• 2.2.2 解析法23-24
• 2.3 拓扑优化分析方法24-29
• 2.3.1 拓扑优化的变密度法24-25
• 2.3.2 位移响应的显式近似模型25-27
• 2.3.3 拓扑优化算法27-29
• 2.4 基于共同规范的单工况拓扑优化29-37
• 2.4.1 共同规范载荷工况简介30-32
• 2.4.2 单工况拓扑优化模型描述32-33
• 2.4.3 单工况拓扑优化结果33-37
• 2.5 基于共同规范的多工况拓扑优化37-46
• 2.5.1 多工况拓扑优化模型描述37
• 2.5.2 不同位移约束条件的影响分析37-43
• 2.5.3 位移约束的横撑设计验证43-46
• 2.6 本章小结46-47
• 第三章 基于应力约束的油船横剖面拓扑优化47-80
• 3.1 制造工艺约束47-53
• 3.1.1 棋盘格现象和网格依赖性48-49
• 3.1.2 最小成员尺寸和最大成员尺寸49-50
• 3.1.3 灰度效应50-51
• 3.1.4 拓扑构型对称约束51-53
• 3.2 不同应力约束条件的影响分析53-60
• 3.2.1 不同应力约束条件53-57
• 3.2.2 改进约束屏蔽的拓扑优化57-59
• 3.2.3 不同应力约束条件的对比59-60
• 3.3 不同优化模型的比较分析60-65
• 3.3.1 子模型优化60-64
• 3.3.2 不同优化模型的对比64-65
• 3.4 各横剖面的拓扑优化分析65-69
• 3.4.1 各剖面分别拓扑优化65-68
• 3.4.2 对几个横剖面同时进行优化68-69
• 3.5 整体应力水平约束的拓扑优化69-78
• 3.5.1 转变为单元应变能的方法70-71
• 3.5.2 转化为畸变比能的方法71-72
• 3.5.3 整体应力水平约束的拓扑优化72-78
• 3.6 本章小结78-80
• 第四章 货舱区横剖面结构优化设计方案80-90
• 4.1 货舱区横剖面优化设计方案80-82
• 4.2 拓扑优化构型评估82-86
• 4.2.1 油船结构共同规范应力评估准则82-83
• 4.2.2 优化方案结构强度评估83-86
• 4.3 横剖面构件尺寸优化设计86-88
• 4.4 优化结果分析88
• 4.5 本章小结88-90
• 第五章 总结与展望90-93
• 5.1 总结90-91
• 5.2 展望91-93
• 参考文献93-99
• 致谢99-100
• 攻读学位期间发表的学术论文100-102

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