【摘要】：隨著世界各國(guó)對(duì)海洋權(quán)益的爭(zhēng)奪,軍事現(xiàn)代化建設(shè)也處于你追我趕的狀態(tài),其中以先進(jìn)艦船為代表的各國(guó)海上力量蓬勃發(fā)展。而對(duì)于艦船中不可或缺的各型舵裝備也成為了主要的研究對(duì)象之一。先進(jìn)的復(fù)合材料舵結(jié)構(gòu)由于其振動(dòng)特性好、聲學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),相比較傳統(tǒng)的鋼質(zhì)舵,吸引了越來(lái)越多的國(guó)家投入資金進(jìn)行研發(fā),其中對(duì)復(fù)合材料舵的固有頻率與重量開(kāi)展的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作也是很重要的一個(gè)方面。本文在參閱相關(guān)資料基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種NACA0025型復(fù)合材料舵,并在此基礎(chǔ)上探討了復(fù)合材料舵的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。論文的主要內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面:1.在充分調(diào)研了復(fù)合材料舵的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上,利用ABAQUS有限元軟件,建立了NACA0025型復(fù)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(yùn)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(qiáng)筋各為8個(gè)的形式。在此基礎(chǔ)上,運(yùn)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(shè)計(jì)目標(biāo),對(duì)水平和垂直加強(qiáng)筋的厚度進(jìn)行了優(yōu)化,并分析了加強(qiáng)筋厚度對(duì)前三階固有頻率的影響規(guī)律。3.在上述工作的基礎(chǔ)上,分別采用梯度算法和多島遺傳算法MIGA對(duì)復(fù)合材料蒙皮進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)分兩種方案進(jìn)行。第一種方案為一種簡(jiǎn)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(shì)。方案一耗時(shí)短,但優(yōu)化解與最優(yōu)解有些差距。方案二耗時(shí)更長(zhǎng),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(jìn)行復(fù)合材料舵固有頻率和重量的雙目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)數(shù)據(jù)比較的方式選用了徑向基函數(shù)模型,將其訓(xùn)練達(dá)到精度要求之后,用其替代了復(fù)合材料舵仿真模型。隨后采用多目標(biāo)優(yōu)化算法NSGA-Ⅱ?qū)ふ襊areto前沿,并選取其中幾個(gè)典型設(shè)計(jì)點(diǎn),將其代入真實(shí)模型中計(jì)算出真實(shí)響應(yīng)。本文的研究工作對(duì)復(fù)合材料舵的單目標(biāo)與多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題具有一定的借鑒作用;同時(shí)在優(yōu)化過(guò)程中得到的設(shè)計(jì)變量對(duì)優(yōu)化目標(biāo)的影響規(guī)律,對(duì)于復(fù)合材料舵的實(shí)際工程設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U674.7
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 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(fù)合材逐漸擺脫早期的限制。挪威海軍 1999 年服役的盾牌級(jí)（Sk上最大的全復(fù)合材料巡邏艇。家海軍的維斯比（Visby）級(jí)護(hù)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(zhǎng) 72m，標(biāo)準(zhǔn)排水量 550t。碳纖維復(fù)合材料實(shí)大大提高燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，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(hù)，再加上優(yōu)良的外該級(jí)艦成為世界隱身艦艇的先驅(qū)。

圖 1-2 拉斐特級(jí)護(hù)衛(wèi)艦在艦船的桅桿結(jié)構(gòu)中早有應(yīng)用。復(fù)合材料由于其無(wú)磁性全封閉式結(jié)構(gòu)，既能保護(hù)內(nèi)部設(shè)備不受風(fēng)雨侵蝕，又能避桿更具有優(yōu)勢(shì)。美國(guó)海軍在斯普魯恩斯級(jí) USS Arthur W全封閉的復(fù)合材料桅桿，用來(lái)取代艦體后半部的傳統(tǒng)鋼角錐形體對(duì)接而成，所有雷達(dá)等設(shè)備均收納于結(jié)構(gòu)內(nèi)部極低的損耗穿過(guò)該結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于外部結(jié)構(gòu)的保護(hù)，內(nèi)海洋鹽分的腐蝕。復(fù)合材料桅桿的成功應(yīng)用，促使美國(guó)用于其海軍下一代艦艇的設(shè)計(jì)建造工作。受到美國(guó)海軍跟其步伐，例如英國(guó)就在 1996 年啟動(dòng)本國(guó)的復(fù)合材料目。

圖 1-2 拉斐特級(jí)護(hù)衛(wèi)艦艦船的桅桿結(jié)構(gòu)中早有應(yīng)用。復(fù)合材料由于其無(wú)磁封閉式結(jié)構(gòu)，既能保護(hù)內(nèi)部設(shè)備不受風(fēng)雨侵蝕，又能更具有優(yōu)勢(shì)。美國(guó)海軍在斯普魯恩斯級(jí) USS Arthur封閉的復(fù)合材料桅桿，用來(lái)取代艦體后半部的傳統(tǒng)錐形體對(duì)接而成，所有雷達(dá)等設(shè)備均收納于結(jié)構(gòu)內(nèi)低的損耗穿過(guò)該結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于外部結(jié)構(gòu)的保護(hù)，洋鹽分的腐蝕。復(fù)合材料桅桿的成功應(yīng)用，促使美于其海軍下一代艦艇的設(shè)計(jì)建造工作。受到美國(guó)海其步伐，例如英國(guó)就在 1996 年啟動(dòng)本國(guó)的復(fù)合材。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2779944