基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究.pdf

1、船舶的輕量化有助于減少能源、資源消耗（尤其是石油、鋼鐵資源的消耗）、降低造船成本，有助于減少二氧化碳等溫室氣體的排放，實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)輸業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。
　　目前，船舶輕量化研究的對象多為局部結(jié)構(gòu)，大多集中在尾部結(jié)構(gòu)優(yōu)化、板架結(jié)構(gòu)優(yōu)化、中剖面優(yōu)化、艙段優(yōu)化設(shè)計(jì)等，整體考慮不足;船體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化多為靜力優(yōu)化，約束條件多為靜態(tài)指標(biāo)，缺乏考慮實(shí)際水域中的附連水等因素對船舶結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性的影響;船舶優(yōu)化變量的篩選多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)而來，設(shè)計(jì)變量與強(qiáng)度

2、、剛度和動態(tài)性能缺乏有效聯(lián)系。因此，通過將靈敏度分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最優(yōu)化方法和有限元法集成應(yīng)用到船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究中，并綜合開展了船舶結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)特性分析和優(yōu)化，不僅提高了船舶結(jié)構(gòu)分析的有效性和可靠性，而且還提高了計(jì)算和優(yōu)化效率，給出了船舶輕量化研究的有效途徑。
　　所以，本文提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船舶結(jié)構(gòu)輕量化的方法，對54m機(jī)動散貨船進(jìn)行了結(jié)構(gòu)輕量化研究，完成的主要研究工作如下:
　　(1)采用有限元法，按照船舶圖紙

3、和中國船級社規(guī)范要求，建立了三維全船有限元模型，并計(jì)算了相應(yīng)設(shè)計(jì)載荷、貨物載荷等，確定了邊界約束，對船體整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總強(qiáng)度和艙段強(qiáng)度的計(jì)算和分析，得到了船體整體的應(yīng)力和應(yīng)變分布情況、強(qiáng)度薄弱環(huán)節(jié)等，為船體重要部位的設(shè)計(jì)提供了參考數(shù)據(jù);
　　(2)綜合評價了代表性的附連水質(zhì)量計(jì)算方法，選用劉易斯、陶德圖譜法進(jìn)行了全船附連水質(zhì)量的計(jì)算，在此基礎(chǔ)上對船舶的動力特性進(jìn)行了計(jì)算和分析，得到了全船整體振動特性，彌補(bǔ)了以往研究忽視舷外水對船舶

4、影響的不足，為優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ);
　　(3)結(jié)合相關(guān)分析軟件，綜合評價了常用的靈敏度分析方法，選用參數(shù)試驗(yàn)靈敏度分析方法進(jìn)行了船舶設(shè)計(jì)變量的篩選，找出了對船舶的最大等效應(yīng)力、最大剪應(yīng)力、總質(zhì)量、第一階固有頻率、第二階固有頻率等影響最靈敏的構(gòu)件厚度作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量;
　　(4)綜合評價了常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，利用MATALB軟件，建立了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，應(yīng)用正交試驗(yàn)法給出了訓(xùn)練和檢驗(yàn)樣本，進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和檢驗(yàn)，得到了反映

5、船舶性能指標(biāo)與船舶設(shè)計(jì)變量之間復(fù)雜靜、動力學(xué)關(guān)系的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提高了計(jì)算和優(yōu)化效率;
　　(5)綜合評價了常用的優(yōu)化算法，建立了全船結(jié)構(gòu)的非線性約束最小化優(yōu)化模型，以規(guī)范中要求的許用應(yīng)力、最小構(gòu)件厚度和固有頻率等為約束條件下，對其進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最優(yōu)結(jié)果，與未優(yōu)化之前相比全船的質(zhì)量減輕了減輕了11.8％。對優(yōu)化后的全船進(jìn)行了動、靜態(tài)有限元分析，獲得了全船的總縱強(qiáng)度、艙段強(qiáng)度以及整船的振動特性等，并按照規(guī)范進(jìn)行了校核，結(jié)果表明優(yōu)