基于改进遗传算法的江海直达船结构优化设计研究

论文摘要

船体结构设计是船舶设计的一个重要组成部分。船体结构设计是在保证结构具有足够的强度和安全性等要求下,使结构具有最佳的技术性能。船舶结构优化设计是在船舶结构设计的基础上进行的,船体结构优化设计应充分发挥材料的结构特性,降低船舶建造成本,以最少的成本获取最佳的性能。船体中部结构是船体最重要的结构,合理设计船舶中剖面,并寻求最佳的船体中剖面结构尺寸,是结构设计的重要课题。遗传算法作为一种智能优化算法,已经成功应用在解决复杂的全局优化问题方面。本文针对江海直达货船其结构上的特点,基于CCS规范《特定航线江海通航船舶检验指南》和《双舷侧散装货船船体结构指南》,应用改进遗传算法对江海直达货船中横剖面结构进行了优化。针对实例编写改进遗传算法程序通过lstOpt优化软件实现,利用该程序进行优化计算,结果说明改进遗传算法具有较强全局搜索能力和计算效率,适用于船舶结构优化设计,并能取得良好的优化结果。最后本文建立整船三维有限元结构模型,利用NASTRAN计算其结构应力,来校核优化后船体结构的强度。此外,作者还为结构优化设计程序编制了基于CCS规范的结构尺寸计算程序和Matlab总纵强度计算程序,方便设计者快速得到结构的规范要求值,并能迅速获得可靠的优化设计结果,完成总纵强度的校核。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景、意义
• 1.1.1 江海直达货船的发展
• 1.1.2 论文研究的意义
• 1.2 船舶结构优化设计的现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 船体结构优化设计
• 2.1 结构优化设计的概念
• 2.1.1 结构优化设计的基本定义
• 2.1.2 结构优化设计的分类
• 2.2 结构优化算法及其发展现状
• 2.2.1 准则法
• 2.2.2 数学规划法
• 2.2.3 现代智能算法
• 2.3 船体结构优化设计
• 2.3.1 船舶结构优化设计的数学模型
• 2.3.2 船舶结构优化设计方法的应用现状
• 第3章 船舶结构规范计算系统程序
• 3.1 Visual basic 6.0简介
• 3.1.1 VB的基本概念
• 3.1.2 VB6.0的功能和特点
• 3.2 船舶结构计算系统设计
• 3.2.1 系统目标
• 3.2.2 系统功能模块
• 3.2.3 各模块功能介绍
• 3.3 计算系统后续处理
• 3.3.1 数据库管理模块
• 3.3.2 数据输出模块
• 3.4 本章小结
• 第4章 改进遗传算法及优化算例
• 4.1 遗传算法
• 4.1.1 遗传算法在船舶领域应用
• 4.1.2 遗传算法控制参数设置
• 4.1.3 遗传算法的基本流程
• 4.1.4 遗传算法的改进
• 4.2 8000t级江海直达货船概况及目标函数的建立
• 4.2.1 8000t江海直达货船的主要概况
• 4.2.2 设计变量选取
• 4.3 流程图及优化方法计算步骤
• 4.3.1 改进遗传算法的流程简图
• 4.3.2 计算步骤
• 4.4 1stOpt软件平台的应用
• 4.5 优化结果及分析
• 4.5.1 优化结果
• 4.5.2 结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 优化结果强度分析
• 5.1 总纵强度校核
• 5.1.1 工况分析及选定
• 5.1.2 计算工况
• 5.1.3 静水剪力和静水弯矩
• 5.1.4 合成剪力和合成弯矩
• 5.1.5 许用静水弯矩和许用静水切力
• 5.1.6 计算结果
• 5.2 有限元直接计算校核
• 5.2.1 船型资料
• 5.2.2 主要尺度及主要参数
• 5.3 有限元模型的建立
• 5.3.1 坐标系
• 5.3.2 单元和网格
• 5.3.3 模型规模
• 5.4 计算工况
• 5.5 载荷
• 5.5.1 空船重量
• 5.5.2 油水重量
• 5.5.3 货物压力
• 5.5.4 舷外水压力及平衡调整
• 5.6 边界条件的施加
• 5.7 计算结果校核
• 5.7.1 强度校核标准
• 5.7.2 板单元应力结果及强度校核
• 2.7.3 梁单元应力结果及强度校核
• 5.7.4 位移结果
• 5.8 结果分析及结果的交互修改
• 5.8.1 结果分析
• 5.8.2 交互修改
• 5.9 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文