潜艇环肋圆柱壳结构多目标优化研究

摘要

耐压壳结构对于潜艇的安全性、作战性能等诸多方面均有重要的影响，环肋圆柱壳因具有优良的结构性能，目前已被广泛应用于潜艇的主体结构设计中。耐压结构设计的实质就是对强度、稳定性以及重量等众多目标进行协调权衡，这是一个典型的多目标优化问题。本文以潜艇环肋圆柱壳为研究对象，针对其多目标优化设计过程中的关键内容开展研究，旨在为环肋圆柱壳的结构设计提供参考。
　　首先，分析舱段长度、肋骨间距、壳板厚度、中面半径、肋骨型号等结构参数对潜艇环肋圆柱壳强度、稳定性以及自由振动频率的影响，为建立环肋圆柱壳优化模型提供依据。
　　其次，确定各优化模型的设计变量、目标函数及约束条件。为得到频率约束对优化结果的影响，分别建立计及频率约束和不计频率约束的多目标优化模型;为解决各优化目标相对于许用值余量不均衡的问题，建立基于裕度的多目标优化模型;为进一步强化优化目标中各应力、载荷之间的关系，引入信息熵理论，建立基于权重的多目标优化模型。
　　再次，利用NSGA-Ⅱ算法求解优化模型，应用相关性理论分析圆柱壳的结构参数、目标属性之间的关系，并将结果可视化为散点图矩阵。
　　最后，采用组合赋权的TOPSIS法和层次分析法对Pareto解集进行综合评价优选，采用先聚类后评价的方法进行方案排序，最终得到满意解。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1论文的研究背景与意义

1．2遗传算法的研究概况

1．2．1遗传算法在圆柱壳优化中的应用

1．2．2混合遗传算法的研究概述

1．3．1圆柱壳强度、稳定性研究概况

1．3．2圆柱壳自由振动研究概况

1．4综合评价方法的应用研究概况

1．4．1基于多元统计的评价方法应用概述

1．4．2多属性决策方法应用概述

1．5本文主要内容

第2章环肋圆柱壳结构性能计算

2．1环肋圆柱壳强度分析

2．2环肋圆柱壳稳定性分析

2．2．1环肋圆柱壳总体失稳

2．2．2环肋圆柱壳局部板壳失稳

2．2．3环肋圆柱壳理论临界压力值修正

2．3环肋圆柱壳自由振动定性分析

2．4本章小结

第3章潜艇圆柱壳多目标优化分析模型

3．1计及频率的多目标优化模型建立

3．1．1目标函数

3．1．2设计变量

3．1．3约束条件

3．2不计频率的多目标优化模型建立

3．3基于裕度的多目标优化模型建立

3．4基于权重的多目标优化模型建立

3．4．1基于权重的多目标优化模型

3．4．2基于信息熵的权重确定

3．5本章小结

第4章环肋圆柱壳多目标优化模型求解

4．1多目标优化概述

4．1．1多目标优化的基本概念

4．1．2多目标优化算法

4．2 NSGA-Ⅱ算法介绍

4．2．1分级快速非支配排序

4．2．2拥挤度计算

4．2．3拥挤度比较算子

4．2．4约束处理方法

4．2．5 NSGA-Ⅱ主要流程

4．3测试算例

4．3．1焊接梁算例

4．3．2弹簧设计算例

4．4环肋圆柱壳多目标优化模型求解

4．4．1计及频率的多目标优化模型求解

4．4．2不计频率的多目标优化模型求解

4．4．3基于裕度的多目标优化模型求解

4．4．4基于权重的多目标优化模型求解

4．5相关性分析

4．5．1模型一变量之间的相关性分析

4．5．2模型四变量之间的相关性分析

4．6本章小结

第5章基于组合赋权的TOPSIS方案优选

5．1 TOPSIS方法理论概述

5．2层次分析法理论概述

5．3评价级一聚类分析

5．3．1系统聚类的基本思想和步骤

5．3．2评价集一系统聚类

5．4权值求解

5．4．1触口法求权值

5．4．2信息熵法求权值

5．5基于组合赋权的TOPSIS方案优选

5．5．1组合权值计算

5．5．2方案优选

5．6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文和取得的科研成果

致谢