本文關(guān)鍵詞：典型船舶空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：船舶結(jié)構(gòu)的安全性在船舶設(shè)計(jì)中占據(jù)了重要地位,是設(shè)計(jì)者、建造者以及營(yíng)運(yùn)人員最為關(guān)注的問(wèn)題。肘板結(jié)構(gòu)是船舶節(jié)點(diǎn)的主要結(jié)構(gòu)形式,這種結(jié)構(gòu)型式是造成應(yīng)力集中的主要原因,有研究表明船舶破壞主要發(fā)生在船舶肘板節(jié)點(diǎn)上,減少船舶節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)破壞的主要方法是降低肘板節(jié)點(diǎn)處的拉應(yīng)力。因此本文在應(yīng)用子模型技術(shù)對(duì)肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上,對(duì)肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究,以降低肘板區(qū)域的應(yīng)力集中。本文首先利用有限元分析軟件Ansys對(duì)船舶艙段結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析,根據(jù)該強(qiáng)度分析結(jié)果,選擇了靠近船艏方向的艙壁與第二平臺(tái)桁材連接處的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳盡的應(yīng)力分析和優(yōu)化研究。建立該肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的有限元子模型,利用子模型技術(shù)對(duì)該肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析,通過(guò)路徑插值分析證明了本文所應(yīng)用的子模型技術(shù)可以用來(lái)考察該肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能。為考量肘板在該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的作用,應(yīng)用子模型技術(shù)對(duì)該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中存在肘板和不存在肘板的情況進(jìn)行應(yīng)力分析,兩種情況的應(yīng)力結(jié)果對(duì)比表明,肘板的存在改善了艙壁桁材和平臺(tái)桁材連接處的應(yīng)力集中,增強(qiáng)了桁材的抗彎特性,但是肘板的存在導(dǎo)致了肘板與桁材面板連接處的應(yīng)力集中。為改善肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中,本文采用Optistruct軟件對(duì)肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化研究。形狀優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)變量為肘板腹板臂長(zhǎng)的改變量,通過(guò)Hypermorph創(chuàng)建該形狀變量,目標(biāo)函數(shù)為肘板區(qū)域的最大mises應(yīng)力最小化,約束函數(shù)為與肘板連接的桁材面板交匯處的mises應(yīng)力和與肘板連接的桁材腹板交匯處的mises應(yīng)力。肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化得到了肘板腹板的最佳臂長(zhǎng),使得肘板區(qū)域應(yīng)力集中得到改善。對(duì)肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化分為兩級(jí)進(jìn)行,第一級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)變量為肘板結(jié)構(gòu)的單元密度,目標(biāo)函數(shù)為與肘板連接的桁材面板交匯處的最大mises應(yīng)力最小,約束函數(shù)為與肘板連接的桁材腹板交匯處的mises應(yīng)力;第二級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)變量為第一級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化工程化處理后的新型肘板結(jié)構(gòu)的面板單元密度,目標(biāo)函數(shù)是肘板腹板的最大mises應(yīng)力最小化,約束函數(shù)是與肘板相連接的桁材面板交匯處的mises應(yīng)力和與肘板相連接的桁材腹板交匯處的mises應(yīng)力。肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的分級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化得到了肘板材料的最佳分布,極大地降低了肘板區(qū)域的應(yīng)力集中。本文提出的肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路和方法,可為類似結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
【關(guān)鍵詞】：船舶肘板 應(yīng)力集中 子模型技術(shù) 形狀優(yōu)化 拓?fù)鋬?yōu)化
【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】：2015
【分類號(hào)】：U661.43;U663
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 論文背景、目的和意義11-14
• 1.1.1 論文研究背景11-12
• 1.1.2 論文研究的目的和意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析14-22
• 1.2.1 肘板結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 結(jié)構(gòu)子模型法研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化研究現(xiàn)狀18-22
• 1.3 論文的主要內(nèi)容22
• 1.4 本章小結(jié)22-23
• 第2章 船舶肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性分析23-43
• 2.1 有限元技術(shù)、Ansys軟件及其子模型方法23-29
• 2.1.1 有限元技術(shù)發(fā)展歷程23-26
• 2.1.2 Ansys軟件26-27
• 2.1.3 子模型法原理27-29
• 2.2 船舶艙段結(jié)構(gòu)整體模型有限元的建立29-34
• 2.2.1 整體模型有限元模型29-31
• 2.2.2 整體模型強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果31-33
• 2.2.3 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)子模型位置選取33-34
• 2.3 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)子模型有限元的建立34-36
• 2.3.1 子模型有限元建立的基本步驟34
• 2.3.2 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)子模型的建立34-36
• 2.4 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性分析36-37
• 2.5 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)子模型計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證37-39
• 2.5.1 子模型法結(jié)果驗(yàn)證的一般方法37-38
• 2.5.2 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)子模型的計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證38-39
• 2.6 子模型有無(wú)肘板的結(jié)果對(duì)比39-41
• 2.7 本章小結(jié)41-43
• 第3章 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化研究43-59
• 3.1 形狀優(yōu)化基本含義及其專用優(yōu)化軟件43-47
• 3.1.1 形狀優(yōu)化基本含義43-44
• 3.1.2 Hyperworks/optistuct軟件44-47
• 3.2 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化數(shù)學(xué)模型47-49
• 3.3 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化結(jié)果49-56
• 3.4 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化工程化處理56-57
• 3.5 本章小結(jié)57-59
• 第4章 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究59-84
• 4.1 拓?fù)鋬?yōu)化基本含義及本文的優(yōu)化策略59-61
• 4.1.1 拓?fù)鋬?yōu)化基本含義59-60
• 4.1.2 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究策略60-61
• 4.2 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)第一級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化61-77
• 4.2.1 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化第一級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型61
• 4.2.2 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)第一級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果61-75
• 4.2.3 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)第一級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果工程化處理75-77
• 4.3 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)第二級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化77-83
• 4.3.1 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)第二級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型77-78
• 4.3.2 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)第二級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果78-81
• 4.3.3 肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)第二級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果工程化處理81-83
• 4.4 本章小結(jié)83-84
• 第5章 總結(jié)和展望84-87
• 5.1 總結(jié)84-86
• 5.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)86
• 5.3 展望86-87
• 致謝87-89
• 參考文獻(xiàn)89-96

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本文編號(hào)：611295