潜艇结构的优化设计方法研究

论文摘要

潜艇在现代海军战略中占有重要地位,拥有一支强大的潜艇舰队,已成为大国海军的重要标志之一。冷战结束后,各国放慢了潜艇的建造速度,更侧重于提高技术水平,求质胜过求量。潜艇耐压结构作为潜艇结构的一种重要结构形式,其壳体重量、结构尺寸对潜艇运行的平稳性、速度都起到很大的作用。因此潜艇耐压结构总体优化是全艇性能先进的基础条件。本文结合这一趋势对潜艇耐压结构的优化设计方法进行了探索。耐压壳结构优化设计基于分段优化的思想,在耐压壳位移与应力有限元分析的基础上,将其分为若干特征段,采取不同的优化策略分段进行优化。环肋圆柱壳的优化由两种方式实现。一是建立两种不同的近似模型结合混合整型优化算法进行优化设计,另外一种方法是在理论计算公式的基础上编写优化程序进行优化设计,这两种设计方法都得到了比较理想的优化结果。环肋圆锥壳的优化策略则是组合两种不同类型的优化算法进行优化,采用该优化策略不仅使结构优化进程加快,得到的优化结果也更加合理。半球封头的结构形式则是在有限元分析的指导下通过理论公式计算确定。优化后的各分段通过分界点的边界条件构成完美的整体后,本文对潜艇耐压壳的薄弱部位—锥柱结合处进行了强度与稳性的分析,确保优化后的潜艇结构设计安全可行。通过对壳体各个特征段几何参数加以合理配置,实现了壳体结构的最优化设计,达到目标函数(重量/体积)的最小化,使壳体的各项性能都有所提高。为以后潜艇耐压壳的优化设计提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文研究背景及意义
• 1.3 国内外发展现状
• 1.4 本论文研究内容
• 第2章 潜艇耐压壳的参数化有限元分析计算
• 2.1 APDL 参数化有限元分析技术
• 2.2 耐压结构的参数化有限元分析
• 2.2.1 参数化模型的建立
• 2.2.2 耐压结构的强度分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 潜艇平行舯体的优化设计研究
• 3.1 结构优化设计理论
• 3.2 近似模型技术在环肋圆柱壳优化设计中的应用
• 3.2.1 基于近似模型的优化策略
• 3.2.2 基于APDL 脚本语言的环肋圆柱壳结构有限元分析
• 3.2.3 近似模型技术
• 3.2.4 混合整型优化方法基于不同近似模型的优化计算
• 3.3 环肋圆柱壳优化设计的程序实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 潜艇艉部壳体的优化计算
• 4.1 潜艇艉部壳体的有限元分析
• 4.2 组合优化算法
• 4.2.1 多岛遗传算法
• 4.2.2 Hooke-Jeeves 直接搜索法
• 4.3 优化计算结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 潜艇结构形式的确定
• 5.1 环肋锥柱结合壳的强度与稳性分析
• 5.2 半球封头
• 5.3 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 参考文献
• 致谢