【摘要】：鋼聚氨酯夾層板(Sandwich Plate System,SPS)結(jié)構(gòu)因其具有質(zhì)量輕、吸能好、隔音降噪等良好的性能,在工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,特別在船舶建造、維修等方面成為關(guān)注熱點(diǎn)。本文以輕量化設(shè)計(jì)為目標(biāo),使用SPS夾層板替代鋼制艙蓋板,形成SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案;基于力學(xué)性能分析,采用基于Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)(BBD)的響應(yīng)面法對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),得到SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,并建立隨機(jī)森林(Random Forest,RF)預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過(guò)對(duì)比序列二次規(guī)劃法、梯度優(yōu)化等優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,結(jié)合本文SPS艙口蓋的結(jié)構(gòu)特性,采用精度較高、操作簡(jiǎn)單的響應(yīng)面法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并對(duì)響應(yīng)面法的試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程、優(yōu)化過(guò)程和模型檢驗(yàn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹;為實(shí)現(xiàn)SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的預(yù)報(bào),引入基于決策樹(shù)思想的隨機(jī)森林回歸算法,介紹了模型的建立過(guò)程以及預(yù)測(cè)結(jié)果的檢驗(yàn)方法。(2)以等重設(shè)計(jì)為初始,以傳統(tǒng)鋼制艙口蓋為替代目標(biāo),提出SPS艙口蓋三種設(shè)計(jì)方案,并考慮加工工藝優(yōu)選出一種方案作為進(jìn)一步優(yōu)化方案。對(duì)鋼制艙口蓋和優(yōu)選出的SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度分析,得到結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力結(jié)果。(3)以輕量化為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo),采用基于BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的響應(yīng)面法,對(duì)SPS艙口蓋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì):以結(jié)構(gòu)變形和等效應(yīng)力作為優(yōu)化目標(biāo),結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量為約束條件,建立響應(yīng)面模型,得到減重的SPS艙口蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)方案;為滿足工藝加工要求,調(diào)整優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)尺寸,形成兩種優(yōu)化方案。(4)對(duì)兩種優(yōu)化方案進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算,得到相應(yīng)的SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力,并與優(yōu)化前結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明,優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)變形分別減少了32.58%和34.67%,結(jié)構(gòu)應(yīng)力分別減少了27.49%和30.04%,強(qiáng)度剛度均滿足要求;優(yōu)化方案比替代目標(biāo)分別減重了10.04%和8.31%。(5)建立SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)的性能預(yù)報(bào)模型:使用BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的SPS艙口蓋數(shù)據(jù)為樣本集,采用bootstrap重抽樣法在樣本集中隨機(jī)抽取多個(gè)子數(shù)據(jù)集,分析數(shù)據(jù)并建立了關(guān)于SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力的隨機(jī)森林回歸模型。(6)實(shí)現(xiàn)SPS艙口蓋力學(xué)性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè):分別采用隨機(jī)森林回歸模型和線性回歸模型,對(duì)SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能預(yù)報(bào),并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,本文所建立的隨機(jī)森林回歸模型具有較高的精度,預(yù)測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確。
【圖文】：

第 1 章 緒論第 1 章 緒論1.1 研究背景與意義作為船體上較為重要的結(jié)構(gòu)，艙口蓋主要受到海水上浪產(chǎn)生的水壓載荷，并且起到對(duì)艙口進(jìn)行密閉、防止貨物受到損傷以及偶爾承受甲板上貨物重量的作用[1]，所以要求艙口蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的剛度和強(qiáng)度，以便能夠承受外力而不破壞。一般改善結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度優(yōu)先考慮的是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，但加強(qiáng)艙口蓋會(huì)造成船舶質(zhì)量的增加，不僅會(huì)減少船舶的載貨量，也會(huì)影響船舶的總體性能。因此使用質(zhì)量輕、性能好的新材料成為船舶建造領(lǐng)域的趨勢(shì)[2]。鋼聚氨酯夾層板（Sandwich Plate System，，SPS）由上下兩層鋼制面板和密度明顯小于面板的聚氨酯彈性體芯層構(gòu)成，如圖 1.1 所示。與船舶上所使用的鋼制板架相比，具有重量輕、抗變形能力強(qiáng)、吸能效果好、隔聲降噪等突出特點(diǎn)。

口蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的剛度和強(qiáng)度，以便能夠承受外力而不破壞。一般度和強(qiáng)度優(yōu)先考慮的是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，但加強(qiáng)艙口蓋會(huì)造成船舶質(zhì)量的減少船舶的載貨量，也會(huì)影響船舶的總體性能。因此使用質(zhì)量輕、性能為船舶建造領(lǐng)域的趨勢(shì)[2]。聚氨酯夾層板（Sandwich Plate System，SPS）由上下兩層鋼制面板和密板的聚氨酯彈性體芯層構(gòu)成，如圖 1.1 所示。與船舶上所使用的鋼制板架量輕、抗變形能力強(qiáng)、吸能效果好、隔聲降噪等突出特點(diǎn)。(a) SPS 結(jié)構(gòu) (b) 傳統(tǒng)加筋板結(jié)構(gòu)圖 1.1 SPS 結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)加筋板結(jié)構(gòu)對(duì)比Fig.1.1 Comparison of SPS structure and conventional stiffened structure
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U667.3

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1 蔡軍;江威;王翠敏;蔡伊娜;;淺談新形勢(shì)下為充分發(fā)揮SPS協(xié)議在我國(guó)木質(zhì)包裝檢疫監(jiān)管作用的幾點(diǎn)措施[J];植物檢疫;2013年02期

2 劉

本文編號(hào)：2664803