小水线面双体船横向强框结构优化设计研究

摘要

为解决小水线面双体船结构重量占空船重量比重偏大的问题，需在保证结构安全的前提下合理地分配和控制结构的重量，因此结构优化设计在该类船型的结构设计中更加重要。本文首先介绍了拓扑优化、形状优化及尺寸优化三种结构优化方法和满应力优化的概念，回顾了几种求解结构优化问题的优化算法的发展过程。对NASTRAN的最新结构优化方法和结构优化流程作了简要介绍，阐述了NASTRAN一般结构优化的数学模型和拓扑优化的物理模型。然后以小水线面双体船的舱段模型为研究对象，采用NASTRAN的优化解算器，以提高舱段结构的整体刚度为目标，对小水线面船双体船的横向强框结构进行拓扑优化、形状优化和尺寸优化，提出承载效率更高的横向强框形式和尺寸，进而结合工程适用性提出贴近优化结果的可行优化设计。最后建立小水线面双体船的全船有限元模型，通过DNV/SESAM水动力分析软件直接预报确定波浪外载荷，采用设计波法将各类波浪外载荷施加在船体结构模型上，再通过有限元直接计算比较，验证优化结果相对常规设计的结构响应的改善。
　　通过优化研究得到了承载效率较高的优化强框形式，该强框形式使横向弯矩作用下的总体横向变形减小了20.5%，使横舱壁上的最大应力减小了157MPa、降幅33.3%，使外板、纵舱壁、强框及各层甲板等其它主要承载结构的最大应力降低了16%~26%，而其重量只比常规的加强方式增加了4吨。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究综述

1.3 结构优化方法概述

1.4 本文的主要研究工作

1.5 本章小结

2 小水线面双体船横向强框结构的拓扑优化

2.1 NASTRAN的拓扑优化方法

2.2小水线面双体船横向强框的拓扑优化

2.3 横向强框的拓扑优化分析结论

2.4 本章小结

3 小水线面双体船横向强框结构的形状和尺寸优化

3.1 上层甲板间横向强框的形状及尺寸优化

3.2 潜体强框的形状和尺寸优化

3.3 本章小结

4 结构优化结果的直接计算验证

4.1 小水线面双体船波浪载荷的直接预报

4.2 不同强框形式结构响应的比较

4.3 本章小结

5 全文总结

5.1 主要结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献

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