基于响应面法的船舶I型加筋板架轻量化设计.pdf
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1、【机械与电子工程】:./.基于响应面法的船舶 型加筋板架轻量化设计高建平 张千锋 范永彬 宣守锐 王俊锋 方嵛(北部湾大学 机械与船舶海洋工程学院 广西 钦州)摘 要:利用 软件对船舶 型加筋板架进行有限元分析 建立优化数学模型 对板架的上板厚度、下板厚度、板筋高度以及板筋厚度进行优化 利用灵敏度分析法分析在重压载荷条件下相关结构对板架的最大变形以及质量的影响 并利用响应面法对板架进行优化 结果表明优化后的某 型船舶加筋板架质量减轻了 证明该方法可以实现船舶 型加筋板架的轻量化设计关键词:船舶 加筋板架 轻量化 响应面法中图分类号:.文献标志码:文章编号:()船舶工业是中国重工业的重要组成部分
2、 随着经济与科技的快速发展 船舶工业也得到快速发展 目前中国已经成为世界第一造船大国 同时对船舶制造的要求及标准越来越严格 对船舶相关结构进行轻量化设计成为研究重点 目前 型结构加筋板架在船舶领域中被广泛应用 其板架结构的合理性对船体的整体性能有较大的影响 考虑到重量和安全性等因素 需要对船舶 型加筋板架进行合理化及轻量化设计 对于船舶的未来发展具有重要意义 蔡厚平等提出基于改进粒子群算法对典型甲板进行轻量化设计 提高了设计效率 陈思均使用铝合金材料替换甲板上的钢制材料来减轻客船整体质量 黄陈哲等通过拓扑优化和尺寸优化方法使船舶加筋板的质量减少了.余杨等对板厚和纵桁进行优化 分析得到邮轮甲板的
3、失效模式和变形控制 王金友利用蜂窝夹层板这种特殊结构使船体达到轻量化效果 等通过使用较轻质量的合成材料芯材和 个钢制面板组成的夹芯板来减轻船舶自重上述船舶板架的轻量化设计都是通过改变板架材料或改变板架结构达到轻量化效果 存在一定的不足 本文基于可靠性和经济性对船舶 型加筋板架进行尺寸优化设计进而达到轻量化效果 分析相关结构对板架变形及质量的影响程度 可为船舶板架的进一步优化研究提供一定依据 板架几何模型的设计.型船舶加筋板架模型本文选取一种典型的 型船舶加筋板架结构模型作为研究对象 该模型长 、宽、高 共 根板筋 板筋厚度 板筋间跨距 板架的三维模型及板筋局部截面尺寸如图 所示第 卷第 期 辽
4、东学院学报(自然科学版).年 月 ().收稿日期:作者简介:高建平()男 辽宁葫芦岛人 硕士 研究方向:机械结构优化设计图 ()中:为板架上板面厚度 为板架下板面的厚度 为板筋高度 为板筋厚度.板架材料选择及载荷、约束的施加由于钢制材料价格相对便宜 且能在重压载荷下满足安全要求 具有较高的经济性和可靠性 所以制造该板架的材料选择 不锈钢密度为 /弹性模量为 泊松比为.板架总质量为.将板架的三维模型导入到 软件中进行载荷和约束的施加 首先对材料性能进行设置 然后用自动划分方法对板架进行网格划分 在板架的上表面施加 的重压载荷和相关边界约束 载荷及约束位置如图 所示.应力及变形的计算板架进行设置后
5、可通过计算得出其在 的重压载荷下的最大应力和最大变形 得到最大应力为.远远小于材料的许用应力 最大变形为.具有较大的优化空间 板架最大应力及变形结果如图 所示 板架优化设计.优化数学模型优化数学模型是寻找最优解的一类数学模型其目的是在一组可能的解中找到最佳解 使某个特定目标函数达到最大值或最小值 本文将板架的上板面厚度、下板面厚度、板筋高度 及板筋厚度 作为设计变量 将质量 ()作为最小目标函数 将材料的最大允许变形 ()作为约束辽东学院学报(自然科学版)第 卷条件 优化数学模型为 ().()()式中:为设计变量()为约束条件为优化参数的下限值为优化参数的上限值其中 .相关参数约束设置通过设置
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