【摘要】：船體上存在很多艙口角隅、肘板及開孔局部結(jié)構(gòu),其幾何形狀突變,應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯,節(jié)點結(jié)構(gòu)損傷破壞頻發(fā),該類節(jié)點的形狀優(yōu)化一直是研究者關(guān)注的焦點。同時,新出臺的HCSR規(guī)范在載荷、強度計算及分析評估方法等方面有了諸多改變,提高了上述結(jié)構(gòu)的強度要求。因而,依據(jù)新規(guī)范對這些危險程度較高的結(jié)構(gòu)形式進行優(yōu)化設(shè)計十分重要。本文以艙口角隅、肘板及開孔三種結(jié)構(gòu)為例,探究了基于HCSR規(guī)范直接計算的形狀優(yōu)化方法。主要的研究內(nèi)容包括以下幾個方面。(1)研究了 PCL語言原理及使用方法,針對艙口角隅、肘板及開孔三種類型的局部結(jié)構(gòu),結(jié)合PCL語言和有限元建模方法,開發(fā)了穩(wěn)定、高效的參數(shù)化建模程序,能夠按照給定的設(shè)計參數(shù),在原有的細網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上自動建立精確、高質(zhì)量的局部結(jié)構(gòu)有限元模型,為結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化提供了建模工具。(2)建立了局部結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,基于Isight優(yōu)化平臺,選取兩種高效的全局優(yōu)化算法搭建了形狀優(yōu)化的集成系統(tǒng),該系統(tǒng)具有較強的通用性,能夠適用于多種形式局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作。(3)采用三艙段整體模型,以局部結(jié)構(gòu)形狀控制參數(shù)為設(shè)計變量,以HCSR規(guī)范中描述性要求及屈服強度直接計算要求為約束條件,將局部結(jié)構(gòu)重量和應(yīng)力集中系數(shù)兩者結(jié)合作為多目標(biāo)函數(shù),分別采用模擬退火法和多島遺傳算法對目標(biāo)結(jié)構(gòu)進行形狀優(yōu)化。由于HCSR計算工況數(shù)量眾多,為提高效率,確定了工況篩選方法并給出目標(biāo)結(jié)構(gòu)的危險工況。(4)針對整體模型計算效率低的情況,研究了子模型技術(shù)的原理,并以艙口角隅結(jié)構(gòu)為例,給出了局部結(jié)構(gòu)子模型范圍的選取方法、模型邊界約束及外力施加方法。由于采用子模型時,計算速度大大提高,優(yōu)化效率得以有效提升,優(yōu)化時的變量選取更加靈活,因而基于子模型法對艙口角隅、肘板和開孔結(jié)構(gòu)進行形狀優(yōu)化時,將板厚等因素納入設(shè)計變量,形成形狀與尺寸的組合優(yōu)化方法。經(jīng)優(yōu)化,得到了各結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計方案和各結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中系數(shù)圖譜,可作為設(shè)計參考。
【圖文】：

優(yōu)化系統(tǒng)的建立方案、準(zhǔn)備工作及集成方，給出了優(yōu)化系統(tǒng)章采用三艙段整體模型，基于ＨＣＳＲ強度直接計算，以考慮最數(shù)兩者組合的目標(biāo)函數(shù)，開展結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化工作。本章針對三立了各局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，后基于ＨＣＳＲ規(guī)范對某８００００行有限元計算，得到了邋４４個工況下的船體響應(yīng)結(jié)果。由于工況確定了工況篩選方法并給出了四種工況選取方案。最后分別采用傳算法依照上述四種方案對艙口角隅結(jié)構(gòu)進行形狀優(yōu)化。逡逑章采用參數(shù)化子模型技術(shù)，分別開展艙口角隅、肘板及減輕本章首先闡述了子模型技術(shù)原理，給出了模型范圍選取及模型子模型進行了計算并將結(jié)構(gòu)響應(yīng)與整體模型中的響應(yīng)結(jié)果進行計算精度和可靠性。后針對艙口角隅、肘板以及減輕孔三種局下的形狀優(yōu)化，優(yōu)化時，將艙口角隅和肘板結(jié)構(gòu)的板厚納入設(shè)力集中系數(shù)為組合目標(biāo)函數(shù)，給出了最優(yōu)方案和各結(jié)構(gòu)的應(yīng)力ＳＲ規(guī)范下的設(shè)計工作作指導(dǎo)。逡逑

邋Ｉ邐ｉ逡逑圖２．１圓弧邐圖２．２橢圓弧逡逑圖２．３橢圓弧向內(nèi)平移邐圖２．４產(chǎn)生幾何網(wǎng)格示意圖逡逑＾逡逑Ｗ逡逑圖２．５角隅結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格效果圖逡逑／＊以長邊為Ｘ軸，，短邊為Ｙ軸建立坐標(biāo)系，且坐標(biāo)系編號為上一條命令得到的編號逡逑＊／逡逑ａｓｍ＿ｃｏｎｓｔ＿ｌｉｎｅ＿２ｐｏｉｎｔ（ｓｔｒ＿ｆｒｏｍ＿ｉｎｔｅｇｅｒ（ｃｂ＿ｃｕｒｖｅ＿ｉｎｉｔ＿ｌａｂｅｌ）５ｃｂ＿ｐｏｉｎｔ＿ｎａｍｅ，ｎＮｏｄｅＭ／／逡逑ｓｔｒ＿ｆｒｏｍ＿邋ｉｎｔｅｇｅｒ（ｊｙｕ＿ｎｏｄｅ—ｉｄ），０，邋’’’’，５０．，１，ａｓｍ＿ｌｉｎｅ—２ｐｏｉｎｔ＿ｃｒｅａｔｅ
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U661.43

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8 王

本文編號：2596315