基于極限承載能力的江海直達船結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計研究.pdf

1、為滿足國家需求，發(fā)展長江黃金水道，推行江海聯(lián)運，同時節(jié)能環(huán)保也是時代需要，所以有必要對江海直達船進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，使其達到節(jié)能減排的目的，發(fā)揮示范性作用。因船體極限承載力的強度衡準方法更加接近船舶真實強度，以它作為指標，優(yōu)化空間更大。本文從極限強度計算方法與結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法兩方面入手，以極限強度與重量兩個指標為目標進行多目標優(yōu)化研究，探討了江海直達船在垂彎與彎扭組合載荷下的極限強度行為，并以《江海通航船舶建造規(guī)范》作為約束，探討了規(guī)范對優(yōu)化

2、效果的影響，進而進行優(yōu)化設(shè)計。本文的主要研究內(nèi)容與成果如下：
　　（1）對比了幾種極限強度計算方法及其特點，同時介紹了結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論、優(yōu)化方法與優(yōu)化平臺。確定了本研究基于非線性有限元方法計算船體極限強度，以Isight優(yōu)化平臺驅(qū)動仿真流程的優(yōu)化方法。
　　（2）以Nishihara箱型梁為例，研究了箱型梁參數(shù)化模型的建模方法，重點討論了考慮骨材間距可變情況下的建模方法。通過Isight驅(qū)動Abaqus進行實驗，由優(yōu)化拉丁超立方

3、方法確定采樣點，得到變量與響應之間的敏感性關(guān)系。對比分析了實驗設(shè)計方法與多目標優(yōu)化算法NCGA、NSGA-Ⅱ的優(yōu)劣，為后續(xù)研究提供了依據(jù)。
　?。?）在前文研究的建模方法的基礎(chǔ)上，建立江海直達船中剖面參數(shù)化模型，設(shè)計變量包括板厚、材料和骨材間距在內(nèi)的44個變量，以質(zhì)量與極限彎矩的雙目標進行優(yōu)化。由于骨材間距的變化，規(guī)范的約束也會動態(tài)地變化，在Matlab中編制《江海通航船舶建造規(guī)范》中相關(guān)的構(gòu)件校核程序并以此作為約束。對實驗結(jié)果進

4、行敏感性分析，求取pareto前沿，對比討論規(guī)范對優(yōu)化效果的影響，并提出滿足規(guī)范要求，重量輕且極限強度大的船體剖面結(jié)構(gòu)尺寸形式。
　　（4）集裝箱船大開口的結(jié)構(gòu)特點使得扭轉(zhuǎn)破壞不容小覷。在江海直達船彎扭極限強度模型試驗與仿真的基礎(chǔ)上，提出用貨艙艙口角隅所在的3個肋位的艙段模型作為優(yōu)化計算的對象，并在已有有限元模型的基礎(chǔ)上修改、解析的方法建立參數(shù)化模型。結(jié)合前文的優(yōu)化策略與約束方法，探討了扭轉(zhuǎn)對優(yōu)化效果的影響，提出了滿足規(guī)范要求的艙