在船舶空間節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中,常規(guī)的設(shè)計(jì)方法沒有考慮到設(shè)計(jì)變量對設(shè)計(jì)結(jié)果的影響,當(dāng)設(shè)計(jì)變量發(fā)生變化時,會使設(shè)計(jì)參數(shù)偏離預(yù)期的范圍,增大設(shè)計(jì)誤差值,影響船舶整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。而魯棒性優(yōu)化方法通過對變量進(jìn)行調(diào)整,從而獲得最優(yōu)解,確保設(shè)計(jì)參數(shù)在可行區(qū)域內(nèi)降低對設(shè)計(jì)變量的敏感度,提高船舶空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。本文分析魯棒性優(yōu)化的基礎(chǔ)理論,提出了船舶空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中魯棒性優(yōu)化的具體應(yīng)用。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

魯棒性優(yōu)化設(shè)計(jì)原理示意圖Fig.1Schematicdiagramofrobustoptimizationdesign

的降低幅度始終在約束范圍內(nèi)。2.2基于魯棒性優(yōu)化的靈敏度法在船舶空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用船舶為雙體船結(jié)構(gòu)，總長為28m，型寬為9m，型深為3.2m，水線長為26m，結(jié)構(gòu)吃水為1.52m，滿載排水量為100t。該船舶結(jié)構(gòu)空間共包括52343個單元，33658個空間節(jié)點(diǎn)。雙體船結(jié)構(gòu)在總彎矩的作用下產(chǎn)生中拱或中垂現(xiàn)象，船舶受波浪影響下的工況如圖2所示；雙體船受到橫向彎矩作用產(chǎn)生波谷和波峰，雙體船受到扭轉(zhuǎn)彎矩作用時，會在45°浪向角和135°浪向角下產(chǎn)生最大扭矩。圖2船舶受波浪影響下的工況情況示意圖Fig.2Schematicdiagramofworkingconditionofshipundertheinfluenceofwave船舶空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)要保證在受到外力作用下始終保持平衡，最大程度降低對外力因素的敏感度，此時應(yīng)滿足以下邊界條件：支點(diǎn)反應(yīng)力等于0；約束船結(jié)構(gòu)整體性移動；對施加載荷設(shè)計(jì)約束函數(shù)，由于首部和尾部不會反映出應(yīng)力值的變化，所以在設(shè)計(jì)時可以暫時忽略這2個部位的影響，只考慮板單元、梁單元中的空間節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[5]。2.3魯棒性優(yōu)化設(shè)計(jì)過程根據(jù)本文對船體工況的計(jì)算，要想使空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足應(yīng)力的設(shè)計(jì)要求，就必須滿足側(cè)體內(nèi)舷側(cè)外板與橋底板的板單元和梁單元合成應(yīng)力，這2個參數(shù)分別為74Mpa和75Mpa。同時，在該區(qū)域內(nèi)，發(fā)生·26·艦船科學(xué)技術(shù)第42卷

最大應(yīng)力變化的情況最多。結(jié)合這些情況，有必要運(yùn)用魯棒性優(yōu)化方法對船舶關(guān)鍵的空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)變量選取甲板、首甲板、甲板邊板、船底板、片體內(nèi)舷側(cè)外板、橫艙壁、龍骨、尾封板、首封板、中縱水密艙壁、強(qiáng)框架等。對上述構(gòu)件依次編號，運(yùn)用靈敏度分析法得出分析圖形，船舶構(gòu)件質(zhì)量靈敏度曲線如圖3所示，船舶梁單元合成應(yīng)力靈敏度變化如圖4所示。圖3基于靈敏度分析法的船舶構(gòu)件質(zhì)量靈敏度變化圖Fig.3Sensitivitydiagramofshipcomponentsbasedonsensitivityanalysis在船舶結(jié)構(gòu)中，合成應(yīng)力的靈敏度可以細(xì)分為板和梁2個部分。利用有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算之后可以得到合成應(yīng)力分布情況，以及船舶各個節(jié)點(diǎn)的受力靈敏度變化趨勢，據(jù)此可對板和梁的合成應(yīng)力靈敏度進(jìn)行取值。當(dāng)相應(yīng)構(gòu)件的板厚增加時，會導(dǎo)致應(yīng)力減小，換言之，板厚對應(yīng)力具有減小的作用。同時，構(gòu)件的板厚增加之后，梁的合成應(yīng)力隨之增大，由此表明，板厚與梁的合成應(yīng)力成正比關(guān)系。在船舶承受橫向彎矩的前提下，船體會出現(xiàn)一定程度的位移，為確保船舶結(jié)構(gòu)的性能，必須保證船體的剛度足夠大。為便于分析，可以將船體的剛度和受力靈敏度進(jìn)行等效處理，在此基礎(chǔ)上，便可快速求出船舶各個部件板厚的靈敏度，同時以位移作為約束條件，能夠得出船體剛度的最優(yōu)靈敏度，進(jìn)而提高整體船舶節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的魯棒性。3結(jié)語船舶空間節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)可采用魯棒性優(yōu)化獲取最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，提高船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。在魯棒性優(yōu)化中，最適宜船舶空間節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的方法為靈敏度法，所以可采用靈敏度法對船舶空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高魯棒性，從而減少設(shè)計(jì)值與實(shí)際值的差異。參考文獻(xiàn)：董海茵.多目標(biāo)模糊優(yōu)化在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].艦船科學(xué)技術(shù),

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]多目標(biāo)模糊優(yōu)化在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 董海茵.  艦船科學(xué)技術(shù). 2017(12)

碩士論文
[1]典型船舶空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 劉甜甜.華中科技大學(xué) 2015



本文編號：3125707