典型船舶板架拓扑与形状优化设计

张会新; 杨德庆

doi:10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

张会新, 杨德庆

文章导航 > 中国舰船研究 > 2015 > 10(6): 27-33,59

张会新, 杨德庆. 典型船舶板架拓扑与形状优化设计[J]. 中国舰船研究, 2015, 10(6): 27-33,59. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

引用本文:

张会新, 杨德庆. 典型船舶板架拓扑与形状优化设计[J]. 中国舰船研究, 2015, 10(6): 27-33,59. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

ZHANG Huixin, YANG Deqing. Typical shape and topology optimization design of the ship grillage structure[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2015, 10(6): 27-33,59. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

Citation:

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

张会新^1,2,
杨德庆^1,2,

1 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院, 上海 200240;
2 上海交通大学海洋工程国家重点实验室, 上海 200240

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51479115)

详细信息

作者简介:
张会新,男,1988年生,硕士生。研究方向:船舶结构优化设计理论与方法。E-mail:zhang525054808@sjtu.edu.cn

通讯作者:
杨德庆,男,1968年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:船舶振动噪声分析与控制。E-mail:yangdq@sjtu.edu.cn

中图分类号: U662

Typical shape and topology optimization design of the ship grillage structure

ZHANG Huixin^1,2,
YANG Deqing^{1,2
,}

1 School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;
2 State Key Laboratory of Marine Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

摘要: 以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶部空间布局,提高舱室顶部板架结构的固有频率,对上层建筑板架进行拓扑优化,寻求材料最优分布,并在对其进行静力分析和模态分析的基础上,以体积百分比为约束条件,以板架固有频率为目标函数,得到拓扑优化后的结构型式,新结构型式使材料分布更加合理,有利于舱室顶部管道和电缆等的铺设。研究表明,在目前的板架结构设计中,可广泛应用结构拓扑与形状优化设计技术。
- 板架结构 /
- 结构优化 /
- 拓扑优化 /
- 固体各向同性惩罚微结构模型
Abstract: Taking the typical ship grillage structure as the study object, this paper mainly describes the ap-plication of optimized design of ship structures. Specifically, the size and shape optimization is applied onto the grillage structure at the bottom, with the weight of the structure being objective and the stress being the constraint condition. After optimization, the weight has decreased by 15.82%. As for deck grillage, to im-prove the spatial layout of the top of superstructure cabins, raise the natural frequency of grillage structure on top, and seek for the optimal distribution of materials, the topology optimization is applied with its static analysis and modal analysis being discussed. Based on the above obtained data, the volume fraction is set as the restriction condition of the model, and the structural natural frequency is set as the objective func-tion. Finally, new structure type which optimizes the spatial layout of the top of superstructure cabins are presented, which renders more reasonable material distribution, increases grillage structure's natural fre-quency, and meets expected goals. Research shows that, at present, the grillage structure design can be widely used in the topology and shape optimization design technology.
- grillage structure /
- structure optimization /
- topology optimization /
- SIMP theory

[1]	BENDSOE M P,SIGMUND O. Topology optimization: theory,methods and applications[M]. Berlin:Spring-er,2003.
[2]	ESCHENAUER H A,OLHOFF N. Topology optimiza-tion of continuum structures:a review[J]. Applied Me-chanics Reviews,2001,54(4):331-390.
[3]	夏天翔,姚卫星. 连续体结构拓扑优化方法评述[J]. 航空工程进展,2011,2(1):1-11. XIA Tianxiang,YAO Weixing. A survey of topology-optimization of continuum structure[J]. Advances in-Aeronautical Science and Engineering,2011,2(1): 1-11.
[4]	隋允康,叶红玲. 连续体结构拓扑优化的ICM 方法[M]. 北京:科学出版社,2013.
[5]	赵永辉. 大客车车身骨架结构拓扑优化设计[D]. 武汉:武汉理工大学,2008.
[6]	SEKULSKI Z. Multi-objective topology and size opti-mization of high-speed vehicle-passenger catamaran structure by genetic algorithm[J]. Marine Structures, 2010,23(4):405-433.
[7]	SEKULSKI Z. Least-weight topology and size optimiza-tion of high speed vehicle-passenger catamaran struc-ture by genetic algorithm[J]. Marine Structures,2009, 22(4):691-711.
[8]	金咸定,夏利娟. 船体振动学[M]. 上海:上海交通大学出版社,2011.

[1]	佘小林, 杨德庆. 船舶舵机基座轻量化设计 . 中国舰船研究, 2020, 15(1): 170-176. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01661
[2]	周红昌, 孔祥韶, 袁天, 吴卫国. 多开口甲板板架结构极限承载力实验研究 . 中国舰船研究, 2019, 14(2): 45-50. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01275
[3]	陈娟, 吴国民. 船底双层板架结构水下近场爆炸试验 . 中国舰船研究, 2019, 14(Supp 1): 143-150. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01571
[4]	胡海滨, 周睿, 周哲, 刘义军. 潜艇通气管进气阀阻力特性分析及优化 . 中国舰船研究, 2019, 14(5): 85-89. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01547
[5]	戴睿婕, 刘勇, 程远胜, 刘均, 张攀. 外置式耐压液舱实肋板拓扑和开孔尺寸优化 . 中国舰船研究, 2019, 14(6): 139-146. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01460
[6]	彭涛, 李思远, 裴志勇, 吴卫国. 深水钻井船横向结构优化研究 . 中国舰船研究, 2019, 14(Supp 2): 59-64. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01962
[7]	王月, 沈志华, 肖伟, 张攀, 刘均, 程远胜. 水下结构物长基座拓扑与尺寸优化设计 . 中国舰船研究, 2019, 14(6): 147-154. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01461
[8]	陈益平, 张勇. 载运履带式车辆装备的船舶局部强度校核 . 中国舰船研究, 2018, 13(5): 25-31. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01188
[9]	宋晓飞, 肖伟, 何其健, 刘均, 程远胜. 加筋圆柱壳开孔围栏肘板拓扑优化设计 . 中国舰船研究, 2018, 13(1): 46-52. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2018.01.007
[10]	李磊鑫, 刘朝骏, 陈炉云. 船舶基座阻尼材料敷设优化及实验研究 . 中国舰船研究, 2017, 12(6): 86-91. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.013
[11]	徐建龙, 张盛, 潘国雄, 张生乐. 舷侧阀通海口结构形式对声学性能的影响 . 中国舰船研究, 2016, 11(2): 90-97. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.02.012
[12]	程远胜, 刘甜甜, 刘均. 船舶肘板拓扑优化设计 . 中国舰船研究, 2015, 10(5): 53-58,70. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.009
[13]	周晓松, 梅志远. 舰船复合材料夹层板架结构的分级递进优化设计方法 . 中国舰船研究, 2014, 9(4): 63-69. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.010
[14]	陈放, 陈汝刚, 李军华, 蔡林, 刘建军. 某型船舶进气道阻力特性预测与结构优化 . 中国舰船研究, 2013, 8(4): 74-78. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.013
[15]	倪海参, 汪学锋. 从CATIA到TRIBON的板架结构数据转换方法 . 中国舰船研究, 2012, 7(5): 66-70. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2012.05.012
[16]	蒋亚礼, 吕林华, 杨德庆. 提高船用阻尼材料应用效果的优化设计方法 . 中国舰船研究, 2012, 7(4): 48-53. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2012.04.009
[17]	王耀辉, 陈海龙, 岳永威, 李世铭. 水下接触爆炸作用下的船体板架结构毁伤研究 . 中国舰船研究, 2012, 7(4): 76-82. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2012.04.013
[18]	黄重阳, 林焰, 于雁云. 基于响应面法的强力甲板结构优化设计 . 中国舰船研究, 2012, 7(3): 46-50. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2012.03.009
[19]	何力, 程远胜. 考虑声辐射特性的船舶板架结构动力优化设计 . 中国舰船研究, 2011, 6(5): 32-36. doi: 10.3969/j.issn.16733185.2011.05.007
[20]	姚熊亮, 杨树涛, 张阿漫. 爆炸载荷作用下舰船板架的变形与断裂研究综述 . 中国舰船研究, 2009, 4(1): 1-7,12. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2009.01.001

点击查看大图

计量

文章访问数: 126
HTML全文浏览量: 5
PDF下载量: 251
被引次数: 0

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

张会新^1,2,
杨德庆^1,2,

1 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院, 上海 200240;

2 上海交通大学海洋工程国家重点实验室, 上海 200240

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51479115)

作者简介:
张会新,男,1988年生,硕士生。研究方向:船舶结构优化设计理论与方法。E-mail:zhang525054808@sjtu.edu.cn

通讯作者: 杨德庆,男,1968年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:船舶振动噪声分析与控制。E-mail:yangdq@sjtu.edu.cn

收稿日期: 2015-03-30
刊出日期: 2015-11-20

中图分类号: U662

关键词:

摘要: 以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶部空间布局,提高舱室顶部板架结构的固有频率,对上层建筑板架进行拓扑优化,寻求材料最优分布,并在对其进行静力分析和模态分析的基础上,以体积百分比为约束条件,以板架固有频率为目标函数,得到拓扑优化后的结构型式,新结构型式使材料分布更加合理,有利于舱室顶部管道和电缆等的铺设。研究表明,在目前的板架结构设计中,可广泛应用结构拓扑与形状优化设计技术。

English Abstract

Typical shape and topology optimization design of the ship grillage structure

ZHANG Huixin^1,2,
YANG Deqing^1,2,

1 School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;

2 State Key Laboratory of Marine Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

Received Date: 2015-03-30
Publish Date: 2015-11-20

Keywords:

Abstract: Taking the typical ship grillage structure as the study object, this paper mainly describes the ap-plication of optimized design of ship structures. Specifically, the size and shape optimization is applied onto the grillage structure at the bottom, with the weight of the structure being objective and the stress being the constraint condition. After optimization, the weight has decreased by 15.82%. As for deck grillage, to im-prove the spatial layout of the top of superstructure cabins, raise the natural frequency of grillage structure on top, and seek for the optimal distribution of materials, the topology optimization is applied with its static analysis and modal analysis being discussed. Based on the above obtained data, the volume fraction is set as the restriction condition of the model, and the structural natural frequency is set as the objective func-tion. Finally, new structure type which optimizes the spatial layout of the top of superstructure cabins are presented, which renders more reasonable material distribution, increases grillage structure's natural fre-quency, and meets expected goals. Research shows that, at present, the grillage structure design can be widely used in the topology and shape optimization design technology.

张会新, 杨德庆. 典型船舶板架拓扑与形状优化设计[J]. 中国舰船研究, 2015, 10(6): 27-33,59. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

引用本文:

张会新, 杨德庆. 典型船舶板架拓扑与形状优化设计[J]. 中国舰船研究, 2015, 10(6): 27-33,59. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

Citation:

全文HTML

参考文献 (8)

下载: 全尺寸图片幻灯片

返回文章

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

留言板

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

作者简介: 张会新,男,1988年生,硕士生。研究方向:船舶结构优化设计理论与方法。E-mail:zhang525054808@sjtu.edu.cn

通讯作者: 杨德庆,男,1968年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:船舶振动噪声分析与控制。E-mail:yangdq@sjtu.edu.cn

Typical shape and topology optimization design of the ship grillage structure

计量

出版历程

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005

1 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院, 上海 200240; 2 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室, 上海 200240

作者简介: 张会新,男,1988年生,硕士生。研究方向:船舶结构优化设计理论与方法。E-mail:zhang525054808@sjtu.edu.cn

通讯作者: 杨德庆,男,1968年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:船舶振动噪声分析与控制。E-mail:yangdq@sjtu.edu.cn

English Abstract

Typical shape and topology optimization design of the ship grillage structure

1 School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China; 2 State Key Laboratory of Marine Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

全文HTML

目录

作者简介:
张会新,男,1988年生,硕士生。研究方向:船舶结构优化设计理论与方法。E-mail:zhang525054808@sjtu.edu.cn

通讯作者:
杨德庆,男,1968年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:船舶振动噪声分析与控制。E-mail:yangdq@sjtu.edu.cn

1 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院, 上海 200240;

2 上海交通大学海洋工程国家重点实验室, 上海 200240

作者简介:
张会新,男,1988年生,硕士生。研究方向:船舶结构优化设计理论与方法。E-mail:zhang525054808@sjtu.edu.cn

1 School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;

2 State Key Laboratory of Marine Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China