本文關(guān)鍵詞：基于響應(yīng)面法的船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境問題日益凸顯，近年來更是出現(xiàn)了嚴重的霧霾天氣，呼吸新鮮空氣都變成了一種奢望。船舶作為主要的交通運輸工具之一，減輕船舶重量便能減少耗油量和污染物的排放量，從而起到保護環(huán)境的作用，因此船舶輕量化研究越來越受到研究人員的重視。 目前在船舶結(jié)構(gòu)輕量化的研究中主要有兩種方法：規(guī)范法和直接計算法。規(guī)范法只利用規(guī)范進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，計算精度較低；依靠集成軟件的直接計算法每次迭代都要進行一次有限元分析，計算效率低；通過構(gòu)造函數(shù)的直接計算法可以提高計算精度和效率，但現(xiàn)有的研究中只考慮了船舶的靜態(tài)特性，沒有將船舶動態(tài)特性考慮在內(nèi)。因此，在同時考慮船舶靜態(tài)和動態(tài)特性的情況下，將響應(yīng)面法引入到船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究中，，結(jié)合有限元法、響應(yīng)面法、設(shè)計規(guī)范以及優(yōu)化方法，對貨船的船艙進行了結(jié)構(gòu)輕量化研究。完成的主要工作如下： (1)在總結(jié)國內(nèi)外船舶輕量化研究的基礎(chǔ)上，將響應(yīng)面法、有限元法、設(shè)計規(guī)范以及優(yōu)化方法加以融合，制定了具體的船舶輕量化研究方案。 (2)針對50m貨船的船艙，建立了船艙的三維有限元模型，計算了在最危險工況下船艙所受的端面彎矩、舷外水壓力和貨物載荷。對船舶進行了艙段結(jié)構(gòu)強度計算，得到了船艙各構(gòu)件的最大等效應(yīng)力和剪應(yīng)力數(shù)值，并且得到了船艙的等效應(yīng)力云圖和剪應(yīng)力云圖，分析結(jié)果表明船艙的最大等效應(yīng)力和剪應(yīng)力均出現(xiàn)在角隅處，但沒有超過規(guī)范規(guī)定的許用應(yīng)力，有一定的優(yōu)化空間。 (3)采用劉易斯法對船舶附連水質(zhì)量進行了計算，得到了第1階垂向彎曲振動附連水質(zhì)量、第2階垂向彎曲振動附連水質(zhì)量以及第1階水平彎曲振動附連水質(zhì)量。采用船舶雜交有限元模型(船頭和船尾采用一維模型，船艙采用三維模型)，并施加附連水質(zhì)量后對船舶船艙進行了模態(tài)分析，得到了船艙的前三階的固有頻率、振型和模態(tài)應(yīng)力云圖。結(jié)果表明船艙的前三階振型分別為2節(jié)點垂向彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動和3節(jié)點垂向彎曲振動，并且前三階固有頻率均遠離主機和螺旋槳的工作頻率，避免了船舶發(fā)生共振。 (4)利用參數(shù)靈敏度分析方法，分析了船艙最大等效應(yīng)力、最大剪應(yīng)力、第1階振動(垂向彎曲振動)頻率、第2階振動(扭轉(zhuǎn)振動)頻率和第3階振動(垂向彎曲振動)頻率船艙相對于15組構(gòu)件的靈敏度，選出了對應(yīng)于若干個大靈敏度的7組構(gòu)件厚度參數(shù)作為構(gòu)造響應(yīng)面函數(shù)的設(shè)計變量。 (5)利用Box-Behnken試驗設(shè)計方法安排試驗，然后按照試驗方案進行有限元分析獲取試驗數(shù)據(jù)，以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)造了船艙等效應(yīng)力響應(yīng)面函數(shù)、剪應(yīng)力響應(yīng)面函數(shù)、第1階振動(垂向彎曲振動)頻率響應(yīng)面函數(shù)、第2階振動(扭轉(zhuǎn)振動)頻率響應(yīng)面函數(shù)和第3階振動(垂向彎曲振動)頻率響應(yīng)面函數(shù)。用相關(guān)系數(shù)、校正系數(shù)、變異系數(shù)等對這5種響應(yīng)面函數(shù)進行擬合度檢驗，檢驗結(jié)果表明響應(yīng)面模型和實物模型的逼近度很高。此外，隨機抽取樣本作為響應(yīng)面函數(shù)的檢驗樣本，將響應(yīng)面函數(shù)計算的結(jié)果與有限元計算的結(jié)果進行了對比，結(jié)果表明構(gòu)造的5種響應(yīng)面模型的精確度較高，能很好地反映試驗值。 (6)以船舶規(guī)范規(guī)定的構(gòu)件最小尺寸作為尺寸約束條件，以規(guī)范對應(yīng)力和頻率的要求作為船舶性能的約束條件，以船舶質(zhì)量最輕為目標，通過調(diào)用5個計算船舶應(yīng)力和頻率的響應(yīng)面函數(shù)，采用序列二次規(guī)劃法對船艙進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后，船艙質(zhì)量降低了6.01%。采用有限元法對優(yōu)化后的船舶結(jié)構(gòu)進行了分析，結(jié)果表明優(yōu)化后的船舶結(jié)構(gòu)應(yīng)力符合規(guī)范要求，而且前三階固有頻率遠離螺旋槳和主機的工作頻率。因此，在滿足船舶靜動態(tài)性能的情況下，船舶的重量得以降低，達到了船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究的目的。
【關(guān)鍵詞】：船艙 靜態(tài)特性 動態(tài)特性 有限元 靈敏度分析 試驗設(shè)計 響應(yīng)面法 序列二次規(guī)劃法 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：濟南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U662
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 輕量化分類13-14
• 1.3 船舶輕量化研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 規(guī)范法14-15
• 1.3.2 直接計算法15-17
• 1.4 響應(yīng)面法研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 研究對象的確定18
• 1.6 主要研究工作18-22
• 第二章 船舶有限元靜力分析22-36
• 2.1 船舶有限元靜力分析22-28
• 2.1.1 船舶總縱強度22-23
• 2.1.2 有限元模型的確定23
• 2.1.3 網(wǎng)格劃分23-24
• 2.1.4 載荷計算24-27
• 2.1.5 載荷施加27
• 2.1.6 邊界條件27-28
• 2.2 船艙有限元靜力分析實例28-35
• 2.2.1 船舶主要尺寸及參數(shù)28-30
• 2.2.2 船艙靜力分析模型30-31
• 2.2.3 艙段靜強度計算結(jié)果31-35
• 2.3 小結(jié)35-36
• 第三章 船舶有限元動力學(xué)分析36-50
• 3.1 動力學(xué)分析有限元法36-37
• 3.2 船舶振動模型分類37-38
• 3.3 船舶振動類型38
• 3.4 附連水質(zhì)量38-41
• 3.5 船艙有限元模態(tài)分析實例41-49
• 3.5.1 船艙模態(tài)分析模型41-42
• 3.5.2 附連水質(zhì)量計算42-44
• 3.5.3 頻率禁區(qū)44-46
• 3.5.4 艙段模態(tài)分析結(jié)果46-49
• 3.6 小結(jié)49-50
• 第四章 船舶響應(yīng)面函數(shù)構(gòu)造50-70
• 4.1 響應(yīng)面函數(shù)選取和擬合50-53
• 4.2 Box-Behnken 試驗設(shè)計53-54
• 4.3 響應(yīng)面函數(shù)的評價54-56
• 4.4 靈敏度分析56-57
• 4.5 響應(yīng)面構(gòu)造實例57-69
• 4.5.1 船艙結(jié)構(gòu)靈敏度分析57-62
• 4.5.2 響應(yīng)面函數(shù)構(gòu)造與檢驗62-69
• 4.6 小結(jié)69-70
• 第五章 船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化70-82
• 5.1 序列二次規(guī)劃法70-71
• 5.2 序列二次規(guī)劃法的實現(xiàn)71-72
• 5.3 船艙優(yōu)化實例72-80
• 5.3.1 船艙結(jié)構(gòu)優(yōu)化72-77
• 5.3.2 優(yōu)化后船舶強度和動態(tài)特性77-80
• 5.4 小結(jié)80-82
• 第六章 結(jié)論與展望82-84
• 6.1 結(jié)論82-83
• 6.2 創(chuàng)新點83
• 6.3 展望83-84
• 參考文獻84-88
• 致謝88-90
• 附錄90-92
• 附表92-100

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：基于響應(yīng)面法的船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：375481