近些年來,船舶結構優(yōu)化技術得到了越來越多的關注,其主要目的是在滿足船舶結構強度要求的前提下盡可能減少船體重量。目前船舶結構優(yōu)化領域的研究工作主要集中在形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化,而拓撲優(yōu)化方法的應用研究還不夠深入。拓撲優(yōu)化方法能夠在保證設計規(guī)范要求的前提下,尋求結構傳遞載荷的最佳路徑以及承受載荷的最佳型式,是常規(guī)優(yōu)化手段難以達到的。國內(nèi)的大型油船空船重量較日韓同級別油船還存在一定的優(yōu)化空間,因此在油船輕量化設計中采用拓撲優(yōu)化技術具有非常重要的實際價值。本文將就拓撲優(yōu)化方法在油船結構設計中的應用開展以下研究工作:（1）針對某型VLCC尾部艙室內(nèi)支柱的布局,根據(jù)布置要求設定優(yōu)化設計域,基于變密度法選擇兩種優(yōu)化目標函數(shù)分別進行多目標優(yōu)化設計。布局優(yōu)化結果表明該方法具有較好的可行性,無需過多設計經(jīng)驗即可優(yōu)化得到結構性能較好的支柱布局方案。（2）根據(jù)協(xié)調(diào)版油船散貨船共同結構規(guī)范（新CSR或CSR-H）確定了具有兩道縱艙壁的VLCC三艙段模型的載荷工況及邊界條件;選擇橫向強框架作為拓撲優(yōu)化對象,分別就橫向強框架的優(yōu)化設計域范圍、優(yōu)化的約束條件、設計域板厚和穩(wěn)定拓撲構型的關系、雙殼間非設計域的板厚以及縱艙壁... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 汽車領域拓撲優(yōu)化研究現(xiàn)狀
        1.2.2 航空航天領域拓撲優(yōu)化研究現(xiàn)狀
        1.2.3 建筑領域拓撲優(yōu)化研究現(xiàn)狀
        1.2.4 船舶領域拓撲優(yōu)化研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文的主要研究工作
2 基于變密度法的結構拓撲優(yōu)化基本理論
    2.1 變密度法材料插值模型
        2.1.1 SIMP密度函數(shù)插值模型
        2.1.2 RAMP密度函數(shù)插值模型
    2.2 基于優(yōu)化準則法的數(shù)值求解過程
        2.2.1 基于SIMP法的優(yōu)化準則算法
        2.2.2 Kuhn-Tucker條件乘子λ1 迭代方案
        2.2.3 優(yōu)化準則法的優(yōu)化計算步驟
    2.3 數(shù)值計算中的不穩(wěn)定現(xiàn)象
        2.3.1 棋盤格現(xiàn)象
        2.3.2 網(wǎng)格依賴性現(xiàn)象
        2.3.3 多孔材料現(xiàn)象
        2.3.4 局部極值現(xiàn)象
    2.4 本章小結
3 基于拓撲優(yōu)化方法的船體支柱布局優(yōu)化
    3.1 支柱布局優(yōu)化設計流程
    3.2 支柱—大跨度甲板結構初始模型
    3.3 支柱—大跨度甲板結構布局優(yōu)化模型
        3.3.1 拓撲優(yōu)化設計域
        3.3.2 布局優(yōu)化的數(shù)學模型
    3.4 優(yōu)化結果及分析
    3.5 方案對比及分析
    3.6 本章小結
4 VLCC橫向強框架拓撲優(yōu)化模型及優(yōu)化影響因素探討
    4.1 VLCC三艙段初始模型介紹
        4.1.1 VLCC三艙段結構有限元模型
        4.1.2 VLCC艙段結構拓撲優(yōu)化構件定義
        4.1.3 VLCC三艙段結構拓撲優(yōu)化模型載荷工況及邊界條件
        4.1.4 VLCC三艙段結構靜力分析結果
    4.2 多工況下VLCC橫向強框架拓撲優(yōu)化研究具體流程
    4.3 拓撲優(yōu)化工況初步篩選
    4.4 橫向強框架拓撲優(yōu)化影響因素探討
        4.4.1 設計域范圍確定
        4.4.2 約束條件確定
        4.4.3 設計域板厚設定
        4.4.4 雙殼間非設計域結構板厚設定
        4.4.5 縱艙壁垂直桁非設計域高度設定
    4.5 本章小結
5 VLCC橫向強框架多工況拓撲優(yōu)化研究
    5.1 單工況拓撲優(yōu)化結果
    5.2 多工況權重設定
    5.3 多工況優(yōu)化目標函數(shù)的選取
    5.4 多工況下VLCC橫向強框架拓撲優(yōu)化
    5.5 多工況下VLCC橫向強框架次優(yōu)構型的優(yōu)化設計
        5.5.1 次優(yōu)構型的優(yōu)化設計域設定
        5.5.2 次優(yōu)構型的代表工況及其權重系數(shù)
        5.5.3 多工況下VLCC橫向強框架次優(yōu)構型的拓撲優(yōu)化
    5.6 本章小結
結論
參考文獻
附錄 A 多工況下不同設計域板厚的拓撲優(yōu)化結果
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]多工況結構拓撲優(yōu)化的灰色權重折衷規(guī)劃模型法[J]. 秦浩星,楊德慶.  力學季刊. 2018(02)
[2]油船貨艙結構拓撲優(yōu)化工程應用[J]. 滕曉燕,孫利.  應用力學學報. 2017(05)
[3]車架結構二次拓撲優(yōu)化設計與性能分析[J]. 郭立新,周宏揚.  東北大學學報(自然科學版). 2017(07)
[4]基于拓撲優(yōu)化的純電動大客車車身骨架輕量化多目標優(yōu)化設計[J]. 王登峰,毛愛華,牛妍妍,魏建華,師雪超.  中國公路學報. 2017(02)
[5]導彈整體式翼面骨架結構的拓撲優(yōu)化設計[J]. 溫晶晶,吳斌,劉承騖.  兵工學報. 2017(01)
[6]拓撲優(yōu)化方法在航空用鈑金零件設計中的應用[J]. 王鳳.  航空制造技術. 2017(Z1)
[7]基于拓撲優(yōu)化的油船貨艙結構設計研究[J]. 邱偉強,楊德慶,高處,孫利.  船舶. 2016(05)
[8]典型船舶板架拓撲與形狀優(yōu)化設計[J]. 張會新,楊德慶.  中國艦船研究. 2015(06)
[9]船舶肘板拓撲優(yōu)化設計[J]. 程遠勝,劉甜甜,劉均.  中國艦船研究. 2015(05)
[10]飛機貨艙立柱結構拓撲優(yōu)化設計[J]. 印春偉.  裝備制造技術. 2015(08)

碩士論文
[1]基于拓撲優(yōu)化的汽車車身焊點布置優(yōu)化研究[D]. 于晨.大連理工大學 2017
[2]基于拓撲優(yōu)化的船舶結構輕量化研究[D]. 欽倫洋.大連海事大學 2016
[3]典型船舶空間節(jié)點結構優(yōu)化設計研究[D]. 劉甜甜.華中科技大學 2015
[4]基于變密度法的連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化[D]. 尹艷山.東北大學 2014
[5]油船中剖面結構拓撲優(yōu)化研究[D]. 劉宏亮.上海交通大學 2014
[6]某重型汽車車架多目標拓撲優(yōu)化設計及其有限元分析[D]. 崔偉.湖南大學 2012
[7]多工況下連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化的基結構方法[D]. 卜鶴群.南京航空航天大學 2012
[8]基于變密度法的連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化研究[D]. 吳頂峰.西安電子科技大學 2010
[9]基于變密度法的連續(xù)體拓撲優(yōu)化設計[D]. 湯穎穎.長安大學 2008



本文編號：3349550