174,000m³液化天然气船结构优化设计研究

摘要

随着当前能源形势日益紧张，人们逐渐把目光从传统的石油、煤炭中转移到清洁、高效、优质的天然气上。液化天然气需求的增长也进一步推动了以液化天然气船为运输方式的贸易量大增。但随着需求的增加，液化天然气船的船型也越来越大，建造成本也逐渐增加。因此，为了降低船舶建造成本，开展液化天然气运输船的结构优化工作有着重要的意义。
　　本论中以一艘174,000m3液化天然气船为研究对象，选取适用于薄膜型液化天然气船舶结构优化设计的方法。在此基础上，对遗传算法中的选择、交叉、变异、迭代等进行改进，得到改进遗传算法（G$）；运用信息素更新原则对蚁群算法（$CO）进行改进，得到蚁群系统算法（$CS）。基于改进后的遗传算法并结合蚁群系统算法（$CS）得到改进的遗传—蚁群系统算法（G$-$CS）。利用M$7L$B软件对改进遗传算法和改进遗传—蚁群系统算法在薄膜型液化天然气船液货舱结构进行结构优化计算，得到优化结果。最后，为验证改进遗传—蚁群系统算法的可靠性，运用有限元软件对液货舱优化前及优化后的舱段强度进行了计算分析。本文主要研究内容如下：
　　（1）基于遗传算法相关理论知识，对遗传算法中的选择、交叉、变异、迭代进行改进设计，得出改进遗传算法。利用改进后的遗传算法，对薄膜型液化天然气船进行结构优化计算。首先选取174,000m3液化天然气船中横剖面，其次以纵向板剖面积最小为目标函数，最后结合《薄膜型液化天然气运输船检验指南》等规范确立了约束条件，利用M$7L$B软件对改进的遗传算法进行结构优化计算，得出优化后的剖面积减少了3.8％。
　　（2）基于蚁群算法的基本理论以及基本流程，并对蚁群算法进行了改进，得到蚁群系统算法（$nt Colony System Optimization简称$CS），并将改进的遗传算法与蚁群系统算法相结合，得到改进的遗传—蚁群系统算法(G$—$CS)，采用该优化算法对174,000m3液化天然气船船中横剖面纵向板进行了结构优化设计，得出优化后的液货舱中剖面积减少了8%，相比采用改进的G$优化效果更好。
　　（3）运用MSC.P$7R$N软件建立液货舱三维有限元模型，通过分析薄膜型液化天然气船的受力特点，确定其边界条件以及工况，对液货舱优化前及采用改进的G$—$CS优化后的舱段强度进行了计算分析，结果表明优化后的液货舱舱段强度满足规范要求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 液化天然气船及运输市场的发展

1.3 国内外研究进展及现状

1.4 本文的研究内容

第2章 船体结构优化设计的数学模型

2.1 结构优化设计的概念

2.2 结构优化设计的数学模型

2.3结构优化设计及其算法的分类

2.4 船体结构优化设计的数学模型

2.5 本章小结

第3章 遗传算法和蚁群算法的改进设计

3.1 遗传算法

3.2 遗传算法基本流程及改进

3.3 蚁群算法

3.4 基本蚁群算法

3.5 蚁群算法的改进及遗传—蚁群算法的融合研究

3.6 本章小结

第4章 基于改进遗传算法和蚁群算法的应用及结果分析

4.3 174,000m3液化天然气船液货舱结构优化

4.4改进遗传算法求解步骤

4.6改进遗传—蚁群系统算法（GA-ACS）求解步骤

4.7 运行结果

4.8 本章小结

第5章 优化前后舱段结构强度对比分析

5.1 概述

5.2 LNG运输船相关规范概述

5.3有限元模型

5.4计算工况及载荷

5.5 边界条件

5.6 强度校核

5.7本章小结

结论与展望

全文总结

不足与展望

参考文献

附录1 改进遗传算法的部分代码

附录2 改进遗传—蚁群算法的部分代码

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢