油船中剖面結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化研究
本文關(guān)鍵詞:油船中剖面結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化研究
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【摘要】:船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是近年來研究的熱點課題,主要優(yōu)化目標是在保證船體結(jié)構(gòu)強度的前提下減少船體鋼材重量結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計不同于一般結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化,其優(yōu)化目標是尋找最優(yōu)的結(jié)構(gòu)材料分布形式以及結(jié)構(gòu)最佳傳力路徑目前船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究中大部分是關(guān)于船體結(jié)構(gòu)件的尺寸優(yōu)化而結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化涉及較少另一方面,在優(yōu)化船型上,國內(nèi)大型油船船體結(jié)構(gòu)重量較日韓同級別油船而言仍然偏重,存在一定的優(yōu)化空間,因此本文將運用相關(guān)的拓撲優(yōu)化方法對油船中剖面結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析: (1)本文根據(jù)單元生長進化拓撲優(yōu)化方法,自行定義單元應(yīng)力指標函數(shù)及單元權(quán)重系數(shù)來確定優(yōu)化模型的目標函數(shù),通過計算單元應(yīng)力確定單元權(quán)重系數(shù)的迭代遞推關(guān)系式,結(jié)合有限元平衡方程建立優(yōu)化數(shù)學模型并給出完整的單元生長進化優(yōu)化流程,并將此方法運用到油船中剖面橫撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中,得到了取消橫撐的粗略構(gòu)型 (2)本文根據(jù)連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法,結(jié)合SIMP材料密度模型,定義單元材料密度為拓撲優(yōu)化變量,結(jié)合有限元計算平衡方程,以結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)為優(yōu)化約束條件;不同于一般的拓撲優(yōu)化計算,本文定義單元體積函數(shù)為優(yōu)化目標函數(shù),能提高拓撲優(yōu)化計算效率以及計算穩(wěn)定性,通過引入優(yōu)化準則法結(jié)合K-T條件確定優(yōu)化準則從而得到優(yōu)化變量的迭代關(guān)系式,至此建立完整的拓撲優(yōu)化數(shù)學模型,通過與經(jīng)典拓撲優(yōu)化算法的對比驗證了本文算法的準確性 (3)根據(jù)油船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范(CSR-OT),確定拓撲優(yōu)化計算的三維有限元模型以及優(yōu)化模型的載荷邊界條件,本文根據(jù)縱艙壁的數(shù)量以及載荷邊界條件確定6個計算工況,并運用所建立的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法對油船中剖面結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化計算,得到合理有效的拓撲構(gòu)型,出現(xiàn)全新的斜撐結(jié)構(gòu)拓撲構(gòu)型 (4)根據(jù)優(yōu)化計算所得拓撲構(gòu)型本文確定了油船中剖面結(jié)構(gòu)的三種全新優(yōu)化設(shè)計方案,運用CSR-OT對三種優(yōu)化設(shè)計方案進行結(jié)構(gòu)強度評估確定優(yōu)化設(shè)計方案的可行性,最后本文給出優(yōu)化新設(shè)計方案與原設(shè)計方案對比船體結(jié)構(gòu)重量的減輕程度
【關(guān)鍵詞】:油船中剖面結(jié)構(gòu) 拓撲優(yōu)化 單元生長進化算法 連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化 CSR-OT結(jié)構(gòu)評估
【學位授予單位】:上海交通大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2014
【分類號】:U674.133.1
【目錄】:
- 摘要6-8
- ABSTRACT8-12
- 第一章 緒論12-20
- 1.1 本文研究背景12-13
- 1.2 船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀13-16
- 1.3 結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化研究最新進展16-19
- 1.4 本文研究內(nèi)容19-20
- 第二章 單元生長進化算法在油船中剖面結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的運用20-31
- 2.1 單元生長拓撲優(yōu)化數(shù)學模型21-25
- 2.1.1 優(yōu)化模型自變量參數(shù)的確定21-23
- 2.1.2 優(yōu)化模型目標函數(shù)的確定23-24
- 2.1.3 優(yōu)化數(shù)學模型的解析分析24-25
- 2.2 具體的單元生長進化流程25-26
- 2.3 油船中剖面橫撐結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化計算26-29
- 2.4 本章小結(jié)29-31
- 第三章 材料密度插值模型31-44
- 3.1 引言31-36
- 3.2 均勻化材料密度插值模型36-39
- 3.3 變密度材料插值模型39-43
- 3.4 本章小結(jié)43-44
- 第四章 連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化44-65
- 4.1 拓撲優(yōu)化數(shù)學模型44-47
- 4.2 拓撲優(yōu)化算法的選取47-49
- 4.3 經(jīng)典算例的求解49-55
- 4.3.1 懸臂模型50-52
- 4.3.2 L 型板52-55
- 4.4 油船橫撐結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化計算55-63
- 4.5 本章小結(jié)63-65
- 第五章 油船中剖面結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化65-100
- 5.1 拓撲優(yōu)化載荷邊界65-71
- 5.1.1 雙縱艙壁油船載荷邊界的確定68-70
- 5.1.2 單縱艙壁油船載荷邊界的確定70-71
- 5.2 油船中剖面拓撲優(yōu)化計算71-92
- 5.2.1 有限元模型71-75
- 5.2.2 約束節(jié)點位移的拓撲優(yōu)化計算75-84
- 5.2.3 約束模型應(yīng)力水平的拓撲優(yōu)化計算84-92
- 5.3 兩種約束方法計算結(jié)果比較92-98
- 5.3.1 迭代次數(shù)的比較93-94
- 5.3.2 拓撲構(gòu)型最大節(jié)點位移的比較94-95
- 5.3.3 拓撲構(gòu)型最大單元應(yīng)力的比較95-97
- 5.3.4 拓撲構(gòu)型最終體積分數(shù)的比較97-98
- 5.4 本章小結(jié)98-100
- 第六章 中剖面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案100-132
- 6.1 優(yōu)化設(shè)計方案的確定100-108
- 6.1.1 優(yōu)化設(shè)計方案 1102-104
- 6.1.2 優(yōu)化設(shè)計方案 2104-105
- 6.1.3 優(yōu)化設(shè)計方案 3105-108
- 6.2 CSR-OT 簡介108-115
- 6.2.1 建模要求108-112
- 6.2.2 計算載荷工況的確定112-115
- 6.3 結(jié)構(gòu)強度評估115-129
- 6.4 優(yōu)化結(jié)果比較129-131
- 6.5 本章小結(jié)131-132
- 第七章 總結(jié)與展望132-134
- 7.1 總結(jié)132-133
- 7.2 展望133-134
- 參考文獻134-142
- 致謝142-143
- 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄143
【參考文獻】
中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條
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9 陳s叛,
本文編號:1032245
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