基于遗传算法的高速艇尾轴架优化设计研究

摘要

船舶结构设计应以充分发挥其特有的性能、降低建造成本为目标，以最少的成本来获得最佳的性能。船舶结构优化设计已有很长的发展历史，很多传统优化算法的运用已经相当成熟。近些年兴起的遗传算法，以简单易行、鲁棒性强等特点在结构优化设计领域中受到了广泛关注。
　　 船舶尾轴架结构起着支撑尾轴和保证螺旋桨正常工作的作用，这要求尾轴架必须要有足够的强度和刚度；但尺寸的过大，又会导致船体重量增加，引起船舶阻力的增加，影响其快速性。因此，船舶尾轴架结构的优化设计是一个很重要的问题。
　　 在广泛阅读文献的基础上，本文对遗传算法进行了分析和综合，对结构优化设计的基本特点进行了介绍。针对高速艇尾轴架结构的特点，建立了优化设计的力学模型和数学模型，用遗传算法对其进行了优化设计。在此基础上编制了优化计算的Matlab遗传算法程序，并以实例进行运算。最后用有限元分析软件ansys建立了尾轴架的模型，对优化结果进行验证和分析。结果表明，优化结果完全满足强度和刚度要求，说明遗传算法对船舶尾轴架结构的优化具有很高的可信度和可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1结构优化设计概述

1.1.1结构优化设计的数学模型

1.1.2结构优化设计的类型

1.1.3结构优化设计问题中的逐次无约束优化方法

1.2船舶结构优化设计方法的发展

1.2.1船舶结构优化设计发展概述

1.2.2船舶结构优化设计方法

1.3船舶尾轴架结构优化设计问题

1.4本文所做的工作

第2章 遗传算法的基本原理

2.1遗传算法的基本思想和特点

2.1.1遗传算法的基本思想

2.1.2遗传算法的特点

2.2遗传算法的基本理论

2.2.1遗传算法的基本术语

2.2.2遗传算法的基本定理

2.3遗传算法的基本实现技术

2.3.1编码

2.3.2选择运算

2.3.3交叉算子

2.3.4变异算子

2.3.5目标函数和适应度函数

2.3.6遗传算法的运行参数

2.3.7约束条件的处理

第3章 高速艇尾轴架优化设计的力学和数学模型

3.1单臂尾轴架力学模型的建立

3.1.1强度计算

3.1.2振动计算

3.2单臂尾轴架优化设计数学模型的建立

3.2.1坐标系的确定

3.2.2设计变量的确定

3.2.3约束条件的建立

3.2.4目标函数的建立

3.3双臂尾轴架力学模型的建立

3.3.1强度计算

3.3.2振动计算

3.4双臂尾轴架优化设计数学模型的建立

3.4.1坐标系的确定

3.4.2设计变量的确定

3.4.3约束条件的建立

3.4.4目标函数的建立

第四章 遗传算法在高速艇尾轴架优化设计中的运用

4.1遗传算法的实现方法

4.1.1遗传算法的运算流程

4.1.2 MATLAB软件介绍

4.1.3遗传算法在求函数极值中的应用

4.2 ANSYS Workbench有限元分析软件介绍

4.3遗传算法在单臂尾轴架优化设计中的运用

4.3.1单臂尾轴架结构的优化模型

4.3.2单臂尾轴架的遗传算法优化程序设计

4.3.3使用有限元分析软件ANSYS对结构进行校核

4.4遗传算法在双臂尾轴架优化设计中的运用

4.4.1双臂臂尾轴架结构的优化模型

4.4.2双臂尾轴架的遗传算法优化程序设计

4.4.3使用有限元分析软件ANSYS对结构进行校核

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2今后的研究方向及展望

参考文献

致谢