【摘要】：隨著世界各國對海洋權(quán)益的爭奪,軍事現(xiàn)代化建設也處于你追我趕的狀態(tài),其中以先進艦船為代表的各國海上力量蓬勃發(fā)展。而對于艦船中不可或缺的各型舵裝備也成為了主要的研究對象之一。先進的復合材料舵結(jié)構(gòu)由于其振動特性好、聲學性能優(yōu)良等優(yōu)點,相比較傳統(tǒng)的鋼質(zhì)舵,吸引了越來越多的國家投入資金進行研發(fā),其中對復合材料舵的固有頻率與重量開展的優(yōu)化設計工作也是很重要的一個方面。本文在參閱相關資料基礎上,設計了一種NACA0025型復合材料舵,并在此基礎上探討了復合材料舵的優(yōu)化設計方法。論文的主要內(nèi)容包含以下幾個方面:1.在充分調(diào)研了復合材料舵的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和設計方法與設計原則的基礎上,利用ABAQUS有限元軟件,建立了NACA0025型復合材料舵有限元仿真模型,并提取了其前三階模態(tài)振型和固有頻率。2.運用分組比較的方法,將初始的骨架布局方式優(yōu)化為水平和垂直加強筋各為8個的形式。在此基礎上,運用Isight優(yōu)化軟件集成ABAQUS,分別采用梯度算法NLPQL和LSGRG,以前三階固有頻率的加權(quán)和最大作為設計目標,對水平和垂直加強筋的厚度進行了優(yōu)化,并分析了加強筋厚度對前三階固有頻率的影響規(guī)律。3.在上述工作的基礎上,分別采用梯度算法和多島遺傳算法MIGA對復合材料蒙皮進行了優(yōu)化設計。設計分兩種方案進行。第一種方案為一種簡易的方案,第二種方案為更為普遍采用的方案。優(yōu)化結(jié)果表明,雖然二者之間存在一定的差別,但是各有優(yōu)勢。方案一耗時短,但優(yōu)化解與最優(yōu)解有些差距。方案二耗時更長,但得到的優(yōu)化解基本接近最優(yōu)解。4.采用代理模型的方法,進行復合材料舵固有頻率和重量的雙目標優(yōu)化設計。通過數(shù)據(jù)比較的方式選用了徑向基函數(shù)模型,將其訓練達到精度要求之后,用其替代了復合材料舵仿真模型。隨后采用多目標優(yōu)化算法NSGA-Ⅱ?qū)ふ襊areto前沿,并選取其中幾個典型設計點,將其代入真實模型中計算出真實響應。本文的研究工作對復合材料舵的單目標與多目標優(yōu)化設計問題具有一定的借鑒作用;同時在優(yōu)化過程中得到的設計變量對優(yōu)化目標的影響規(guī)律,對于復合材料舵的實際工程設計具有一定的參考價值。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U674.7
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文上大量使用了該型巡邏艇。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，全復合材逐漸擺脫早期的限制。挪威海軍 1999 年服役的盾牌級（Sk上最大的全復合材料巡邏艇。家海軍的維斯比（Visby）級護衛(wèi)艦（圖 1-1）是世界上第一制造艦體的大型巡邏艦。其建造所用的材料由玻璃纖維和碳芯層組成，艦長 72m，標準排水量 550t。碳纖維復合材料實大大提高燃油經(jīng)濟性的同時，能裝載更多武器彈藥以及先建造的上層建筑得到了良好的電磁防護，再加上優(yōu)良的外該級艦成為世界隱身艦艇的先驅(qū)。

圖 1-2 拉斐特級護衛(wèi)艦在艦船的桅桿結(jié)構(gòu)中早有應用。復合材料由于其無磁性全封閉式結(jié)構(gòu)，既能保護內(nèi)部設備不受風雨侵蝕，又能避桿更具有優(yōu)勢。美國海軍在斯普魯恩斯級 USS Arthur W全封閉的復合材料桅桿，用來取代艦體后半部的傳統(tǒng)鋼角錐形體對接而成，所有雷達等設備均收納于結(jié)構(gòu)內(nèi)部極低的損耗穿過該結(jié)構(gòu)，同時由于外部結(jié)構(gòu)的保護，內(nèi)海洋鹽分的腐蝕。復合材料桅桿的成功應用，促使美國用于其海軍下一代艦艇的設計建造工作。受到美國海軍跟其步伐，例如英國就在 1996 年啟動本國的復合材料目。

圖 1-2 拉斐特級護衛(wèi)艦艦船的桅桿結(jié)構(gòu)中早有應用。復合材料由于其無磁封閉式結(jié)構(gòu)，既能保護內(nèi)部設備不受風雨侵蝕，又能更具有優(yōu)勢。美國海軍在斯普魯恩斯級 USS Arthur封閉的復合材料桅桿，用來取代艦體后半部的傳統(tǒng)錐形體對接而成，所有雷達等設備均收納于結(jié)構(gòu)內(nèi)低的損耗穿過該結(jié)構(gòu)，同時由于外部結(jié)構(gòu)的保護，洋鹽分的腐蝕。復合材料桅桿的成功應用，促使美于其海軍下一代艦艇的設計建造工作。受到美國海其步伐，例如英國就在 1996 年啟動本國的復合材。

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本文編號：2779944