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V型无压载水油船货舱结构优化设计
| 论文题名： | V型无压载水油船货舱结构优化设计 |
| 关键词： | 无压载水油船;货舱结构;优化设计;径向基代理模型 |
| 摘要： | 随着人们对绿色船舶的关注，船舶压载水的处理成为船舶绿色化研究的热点，虽然目前压载水的处理方法各有优势，但都存在一定的问题，并不能完全消除压载水带来的影响。为了寻找新的压载水处理办法，无压载水船应运而生，目前比较成熟的有三种方案，其中V型船身设计从试验结果来看能满足设计要求，并且相比传统船型，性能也更加优秀，是一种可以解决压载水问题的方案。由于目前还没有V型船相关规范，V型船结构型式大都参照母型船变换而来，结构设计也都参考母型船，并不完全适合V型船的实际情况，利用现代结构优化方法对其进行优化设计，使其得到更加合理的结构型式，提升船体结构性能，达到更加节能、减材、安全的目的。鉴于此，本文针对V型无压载水油船，从降低货舱结构重量和提升强度两方面进行了拓扑优化设计和尺寸优化设计。 利用母型船变换法确定初始结构，采用拓扑优化确定强框架结构，利用灵敏度分析筛选变量-试验设计生成样本点-建立近似模型-利用优化算法进行尺寸优化，能够快速有效的实现V型船的结构优化设计，减少船体结构优化过程中仿真计算的次数，缩短研发周期，降低研发成本。本文主要研究内容如下： 首先，建立母型船和V型无压载水油船货舱区域1/2+1+1/2舱段结构有限元模型，进行有限元网格划分，材料属性设置，并完成了模型坐标系的选取和边界条件的设置，并参考规范进行载荷计算和工况选择，经过有限元计算得到两种船型的结构特性存在一定的差异，且新船型结构存在一定的强度冗度，有很大的优化空间。 其次，利用拓扑优化理论对V型无压载水油船货舱强框架结构进行拓扑优化设计，选择合适的优化设计区域，以分段重量为约束条件，同时考虑实际生产建造工艺特点，以柔度值最小（即刚度最大化）作为目标函数建立拓扑优化数学模型，同时分析确定优化设计区域初始厚度不同对优化设计的影响。经过拓扑优化后确定了本船的强框架结构型式，以便可以对该结构进行进一步的优化和完善。 最后，结合径向基代理模型和多种优化算法进行尺寸优化设计，利用灵敏度分析选择对刚度和重量影响度较大的构件作为设计变量，采用最优拉丁超立方选取样本点构建径向基神经网络代理模型，再利用多种优化算法进行优化设计，以舱段重量最小为目标函数对其进行单目标尺寸优化设计，优化后舱段重量下降了6.92%，以舱段重量最小和刚度最大两个目标进行多目标优化设计，并用熵值法计算所得最优解，舱段重量下降了1.15%，舱段刚度提升了4.3%。 |
| 作者： | 张祥 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 苏绍娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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