艦船結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是指艦船在設(shè)計(jì)時(shí)滿足強(qiáng)度、剛度、韌性等各方面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性和較小的質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。響應(yīng)面分析法是一種在多變量非線性優(yōu)化方面廣泛應(yīng)用的分析方法,該方法具有較高的收斂性。本文應(yīng)用響應(yīng)面分析法,結(jié)合三維建模軟件和有限元分析軟件Ansys研究了艦船局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題。 

【文章來(lái)源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(16)北大核心

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【部分圖文】：

響應(yīng)面分析法的原理示意圖Fig.1Schematicdiagramofresponsesurfaceanalysismethod

2.2基于Ansys軟件的艦船結(jié)構(gòu)響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)本文利用響應(yīng)面分析法對(duì)船舶的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行研究，重點(diǎn)是確定船舶結(jié)構(gòu)在一定設(shè)計(jì)約束條件下，結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。有限元分析法能夠高效的進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析，從而確定船舶結(jié)構(gòu)參數(shù)能否滿足一定載荷下的強(qiáng)度要求。船舶結(jié)構(gòu)的有限元分析流程如圖2所示。設(shè)定船舶結(jié)構(gòu)有限元模型的單元類型分別為solid170和beam單元，結(jié)構(gòu)的泊松比為0.36，材料為鋼。在Ansys平臺(tái)中，定義結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程為：1α[M(x)]{¨y}+[K(x)]{y}=[F]。(7)式中：M(x)為船舶結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣；K(x)為剛度矩陣。以船舶艙室的支撐結(jié)構(gòu)為例，局部結(jié)構(gòu)的有限元模型如圖3所示。船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)在正常工作過(guò)程中主要承受的是壓力，該結(jié)構(gòu)優(yōu)化的參數(shù)是在載荷作用下的位移特性，將邊界條件設(shè)定為結(jié)構(gòu)位移變化的響應(yīng)面函數(shù)，在Ansys中進(jìn)行仿真分析。定義船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)的自由度邊界條件，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)施加逐漸變化的壓力載荷，得到支撐結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)曲線如圖4所示。由圖可知，隨著載荷的增加，船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)豎向位移起初變化幅度非常小，一旦載荷超過(guò)4kN，豎向位移明顯增加。3結(jié)語(yǔ)響應(yīng)面分析是一種多變量的尋優(yōu)方法，利用這種方法進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化時(shí)，需要系統(tǒng)地分析影響船舶結(jié)構(gòu)質(zhì)量的因素，然后根據(jù)影響因素建立響應(yīng)面函數(shù)模型，最后根據(jù)Ansys有限元仿真，快速獲取結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效果。參考文獻(xiàn)：王允超,王曉東.基于ANSYS的地鐵列車制動(dòng)盤熱容量影響因素對(duì)比分析[J].裝備制造技術(shù),2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技術(shù)的船舶大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學(xué)分析[J].艦船科學(xué)技術(shù),2019(18).[2]薛仁龍.?

ANSYS的地鐵列車制動(dòng)盤熱容量影響因素對(duì)比分析[J].裝備制造技術(shù),2015,250(10):36–39.[1]徐文娟.基于有限元分析技術(shù)的船舶大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學(xué)分析[J].艦船科學(xué)技術(shù),2019(18).[2]薛仁龍.基于ANSYS有限元方法的反擊式破碎機(jī)優(yōu)化[J].數(shù)字化用戶,2014,000(4):47–48.[3]姜衡,管貽生,邱志成.基于響應(yīng)面法的立式加工中心動(dòng)靜態(tài)多目標(biāo)優(yōu)化[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2011(11):129–137.[4]圖2船舶結(jié)構(gòu)的有限元分析流程圖Fig.2Finiteelementanalysisflowofshipstructureoptimization圖3船舶艙室支撐結(jié)構(gòu)的有限元模型Fig.3Finiteelementmodelofsupportingstructureofshipcabin圖4支撐結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)曲線圖Fig.4Displacementresponsecurveofsupportingstructure第42卷李威：響應(yīng)面分析法在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用·15·

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于有限元分析技術(shù)的船舶大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學(xué)分析[J]. 徐文娟.  艦船科學(xué)技術(shù). 2019(18)
[2]基于ANSYS的地鐵列車制動(dòng)盤熱容量影響因素對(duì)比分析[J]. 王允超,王曉東.  裝備制造技術(shù). 2015(10)
[3]基于響應(yīng)面法的立式加工中心動(dòng)靜態(tài)多目標(biāo)優(yōu)化[J]. 姜衡,管貽生,邱志成,張憲民,陳忠,許冠.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2011(11)



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