基于拓?fù)鋬?yōu)化的船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究.pdf

1、針對(duì)船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是最近比較熱門的研究的課題，其優(yōu)化目標(biāo)是在滿足船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，減少船體鋼材的使用量。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化截然不同，結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的目標(biāo)是探尋找到最佳的材料布局形式及最佳傳力路徑。查閱文獻(xiàn)可知，現(xiàn)在的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域中，大部分是針對(duì)船體結(jié)構(gòu)件的尺寸優(yōu)化和結(jié)構(gòu)件的布局優(yōu)化而拓?fù)鋬?yōu)化涉及較少。另一方面，高速三體船做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，船體結(jié)構(gòu)形式十分復(fù)雜，橫向分離彎矩和扭轉(zhuǎn)力矩對(duì)船體結(jié)構(gòu)影響很大，為滿足其剛度和強(qiáng)

2、度要求，就會(huì)選擇加大構(gòu)件尺寸，導(dǎo)致總體重量增加。但是，不論屬于哪種類型的高速船，對(duì)其自身的重量都敏感。怎樣合理的化解船舶自重與確保強(qiáng)度、剛度之間的矛盾關(guān)系，是高速三體船設(shè)計(jì)中亟需要去解決掉的問題。
　　結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化一直都是最具挑戰(zhàn)性和經(jīng)濟(jì)性的研究領(lǐng)域，而結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化在各個(gè)工程結(jié)構(gòu)中優(yōu)化和輕量化設(shè)計(jì)中又有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以三體船片體的艙壁結(jié)構(gòu)為對(duì)象，基于拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的基本原理和分析過程，進(jìn)行結(jié)構(gòu)最佳拓?fù)湫问降姆治雠c探索

3、:
　　(1)依據(jù)SIMP材料密度模型理論，設(shè)計(jì)變量為單元材料密度，目標(biāo)函數(shù)為體積比，約束條件為靜力響應(yīng)，確定優(yōu)化準(zhǔn)則，建立完整的拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型。
　　(2)為了驗(yàn)證本文拓?fù)鋬?yōu)化方法的合理與準(zhǔn)確性，做了兩個(gè)方面的工作:一是選取三篇文獻(xiàn)中的拓?fù)鋬?yōu)化經(jīng)典案例L型板結(jié)構(gòu)，進(jìn)行優(yōu)化求解比較;二是選取ANSYS中拓?fù)鋬?yōu)化模塊對(duì)固支梁受力做優(yōu)化求解并比較;結(jié)果表明，本文所運(yùn)用的拓?fù)鋬?yōu)化方法得到拓?fù)錁?gòu)型輪廓清晰、無(wú)附連組織結(jié)構(gòu)，各部分尺

4、寸的布局更加規(guī)整、協(xié)調(diào)。
　　(3)本文以艙壁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元方法，以英國(guó)勞氏的《Rulesfor the Classification of Trimarans》為依據(jù)，利用CAE軟件ANSYS完成該艙壁在各個(gè)工況下的分析，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，同時(shí)，以應(yīng)力的傳遞和材料的布局最優(yōu)為目標(biāo)，以此對(duì)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，從而尋找一套在經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和工藝等性能方面更加合理的設(shè)計(jì)方案。
　　(4)根據(jù)