發(fā)布時間：2021-02-12 12:19

　　為減輕船舶結(jié)構(gòu)重量,提高船舶的承運能力,造船企業(yè)逐漸考慮采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)替代常規(guī)的鋼制艙壁結(jié)構(gòu)。為得到最佳的艙壁結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù),提出了一種將響應(yīng)面模型與遺傳算法相結(jié)合的優(yōu)化設(shè)計方法。采用Box-Behnken設(shè)計方法,在設(shè)計空間中抽取樣本點并進行模擬,建立艙壁最大變形、最大Mises應(yīng)力及質(zhì)量的響應(yīng)面模型。利用遺傳算法對響應(yīng)面模型進行優(yōu)化,得到Pareto最優(yōu)解。仿真實驗表明:與原先的鋼制艙壁方案,優(yōu)化后的質(zhì)量減輕了約23%,最大變形基本與鋼制艙壁方案一致。研究結(jié)果表明所提出的方案適用于工程結(jié)構(gòu)多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。 

【文章來源】：重慶大學學報. 2020,43(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

復(fù)合材料艙壁結(jié)構(gòu)圖(單位: mm)

DOE實驗設(shè)計作為數(shù)理統(tǒng)計的分支之一,其目的是在設(shè)計空間選取較少的試驗點,在滿足統(tǒng)計分析要求的前提下達到降低成本和縮短試驗周期的目的。常用的試驗設(shè)計有:全因子試驗設(shè)計、正交實驗設(shè)計、Box-Behnken設(shè)計和拉丁方試驗設(shè)計等[15]。獲得合適的試驗點,是能夠建立精確響應(yīng)面模型的基礎(chǔ)。其中Box-Behnken設(shè)計具有所有的試驗點都位于等距的端點上,并不包含各變量上下水平所產(chǎn)生于立方體定點的試驗的特點。以較少的試驗次數(shù),去估計一階、二階與一階矩相交作用項之多項式模式。這里選用Box-Behnken設(shè)計(BBD)進行試驗點選取,用于計算變量的最優(yōu)值及考察變量間的相互作用。通過BBD法共構(gòu)造出49個試驗點,各個試驗點參數(shù)平行圖如圖2所示。1.2 基于Kriging函數(shù)法的響應(yīng)面模型

通過ANSYS Workbench中的DesignXplorer模塊,在有限元參數(shù)化模型基礎(chǔ)上,設(shè)置Kriging算法的相關(guān)參數(shù),其中核函數(shù)設(shè)置為可變式的,最大允許改進點設(shè)置為5,最大預(yù)測允許相關(guān)誤差為5%,改進點只選取最大預(yù)測相對誤差的點的影響,求出Kriging響應(yīng)面模型的擬合度曲線,如圖3所示。圖3中反映了艙壁總質(zhì)量、最大變形和最大Mises應(yīng)力3個設(shè)計參數(shù)的擬合關(guān)系,通過其可判斷Kriging響應(yīng)面模型的擬合計算值與BBD求得的設(shè)計值之間的對應(yīng)程度。圖中艙壁總質(zhì)量、最大變形和最大Mises應(yīng)力所對應(yīng)的點,都在對角線附近,這表明BBD所得到樣本點及其響應(yīng)面擬合值的一致性非常好,故所得到的Kriging響應(yīng)面模型與實際有限元計算的結(jié)果吻合,滿足后續(xù)設(shè)計分析的需求。2 基于遺傳算法的艙壁優(yōu)化

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于響應(yīng)面法優(yōu)化蜂窩夾層結(jié)構(gòu)件制備工藝[J]. 盛濤,王旭,王曉蕾,田杰,鄭金華,潘利劍.  高科技纖維與應(yīng)用. 2019(01)
[2]綠色船舶技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究[J]. 張信學,趙峰,王傳榮,曾曉光,趙俊杰.  中國工程科學. 2016(02)
[3]一種改進的自適應(yīng)遺傳算法及其在層合板優(yōu)化中的應(yīng)用研究[J]. 羅利龍,趙美英,穆朋剛.  機械科學與技術(shù). 2012(05)
[4]復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)的二級協(xié)同優(yōu)化設(shè)計方法[J]. 吳莉莉,姚衛(wèi)星.  南京航空航天大學學報. 2011(05)
[5]船舶結(jié)構(gòu)多學科設(shè)計優(yōu)化近似方法的比較(英文)[J]. 茍鵬,劉蔚,崔維成.  船舶力學. 2007(06)
[6]復(fù)合材料加筋結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計[J]. 李爍,徐元銘,張俊.  機械工程學報. 2006(11)

博士論文
[1]基于Kriging方法的結(jié)構(gòu)可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計[D]. 張崎.大連理工大學 2005

碩士論文
[1]一體化復(fù)合材料上層建筑力學性能及其連接結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D]. 郭占一.哈爾濱工程大學 2016
[2]艙室輕量化壁板結(jié)構(gòu)仿真分析方法研究[D]. 李鵬.中國海洋大學 2014



本文編號：3030855