典型船舶空間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、船舶結(jié)構(gòu)的安全性在船舶設(shè)計(jì)中占據(jù)了重要地位，是設(shè)計(jì)者、建造者以及營(yíng)運(yùn)人員最為關(guān)注的問(wèn)題。肘板結(jié)構(gòu)是船舶節(jié)點(diǎn)的主要結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)型式是造成應(yīng)力集中的主要原因，有研究表明船舶破壞主要發(fā)生在船舶肘板節(jié)點(diǎn)上，減少船舶節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)破壞的主要方法是降低肘板節(jié)點(diǎn)處的拉應(yīng)力。因此本文在應(yīng)用子模型技術(shù)對(duì)肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，對(duì)肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究，以降低肘板區(qū)域的應(yīng)力集中。
　　本文首先利用有限元分析軟件Ansys對(duì)船舶艙段結(jié)構(gòu)

2、進(jìn)行強(qiáng)度分析，根據(jù)該強(qiáng)度分析結(jié)果，選擇了靠近船艏方向的艙壁與第二平臺(tái)桁材連接處的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳盡的應(yīng)力分析和優(yōu)化研究。建立該肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的有限元子模型，利用子模型技術(shù)對(duì)該肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析，通過(guò)路徑插值分析證明了本文所應(yīng)用的子模型技術(shù)可以用來(lái)考察該肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能。為考量肘板在該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的作用，應(yīng)用子模型技術(shù)對(duì)該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中存在肘板和不存在肘板的情況進(jìn)行應(yīng)力分析，兩種情況的應(yīng)力結(jié)果對(duì)比表明，肘板的存在改善了艙壁桁材和平臺(tái)桁

3、材連接處的應(yīng)力集中，增強(qiáng)了桁材的抗彎特性，但是肘板的存在導(dǎo)致了肘板與桁材面板連接處的應(yīng)力集中。
　　為改善肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中，本文采用Optistruct軟件對(duì)肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化研究。形狀優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)變量為肘板腹板臂長(zhǎng)的改變量，通過(guò)Hypermorph創(chuàng)建該形狀變量，目標(biāo)函數(shù)為肘板區(qū)域的最大mises應(yīng)力最小化，約束函數(shù)為與肘板連接的桁材面板交匯處的mises應(yīng)力和與肘板連接的桁材腹板交匯處的mis

4、es應(yīng)力。肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化得到了肘板腹板的最佳臂長(zhǎng)，使得肘板區(qū)域應(yīng)力集中得到改善。對(duì)肘板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化分為兩級(jí)進(jìn)行，第一級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)變量為肘板結(jié)構(gòu)的單元密度，目標(biāo)函數(shù)為與肘板連接的桁材面板交匯處的最大mises應(yīng)力最小，約束函數(shù)為與肘板連接的桁材腹板交匯處的mises應(yīng)力；第二級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)變量為第一級(jí)拓?fù)鋬?yōu)化工程化處理后的新型肘板結(jié)構(gòu)的面板單元密度，目標(biāo)函數(shù)是肘板腹板的最大mises應(yīng)力最小化，約束函數(shù)