文档介绍：巴拿马型集装箱船结构优化设计研究
摘要
近年来,随着全球贸易的发展,集装箱船发展很快,已成为船舶
运输网络中重要的组成部分。现代大型集装箱船为了存放更多的集装
箱,争取更大存放空间,有甲板大开口和舱口围板结构,并且在船首部、
尾部设计中也尽量争取更多空间存放集装箱,但这给船舶的结构强度
带来了特殊的要求。
S 规范建立了考虑弯扭强度约束和频率约束的巴拿
马型集装箱船中剖面优化设计数学模型。S 规范,模型考虑
了规范中所要求的正应力要求、剪应力要求、稳定性要求和尺寸界限
要求;根据薄壁杆件扭转理论,模型也考虑集装箱船水平扭矩和货物
扭矩引起的剪应力;根据船体梁振动理论估算船体垂向总振动固有频
率,模型还考虑了频率约束,使其避开主机转速。
在依据规范建立的优化数学模型基础上,用 VC 编译可执行程序,
控制变量的输入输出以及变量之间的约束关系;运用自适应模拟退火
算法,在 ISIGHT 平台上集成 VC 可执行程序,建立基于规范法的考
虑离散变量集的集装箱中剖面优化设计系统。对 3100TEU 集装箱中
剖面进行了优化计算,优化结果中剖面面积减小了 %,同时满足
了强度及稳定性的要求。
中剖面优化完成后,S 规范的巴拿马型集装
箱船横舱壁结构的优化设计,提出了高效的优化方案。对 3100TEU
I
集装箱船的横舱壁结构进行了优化计算,优化结果重量下降了
%。
本文还研究了基于直接计算法的巴拿马型集装箱船舱段结构优
化设计系统。采用 PATRAN 程序的 PCL 语言,建立了具有三道横向
支撑舱壁和两道水密舱壁的巴拿马型集装箱船 1/2+1+1/2 舱段的参数
化有限元模型,作为优化的有限元分析平台;构建了集装箱船舱段结
构优化模型;实现了 NASTRAN 与 ISIGHT 的集成;通过在 ISIGHT
上的参数设计,建立了基于直接算法的考虑离散变量集的巴拿马型集
装箱船舱段结构优化设计系统,对 3100TEU 集装箱船舱段结构进行
了优化计算,优化结果重量下降了 %。
本文在大型通用优化软件上对舱段结构进行了初探性拓扑优化
设计和尺寸优化设计,旨在为集装箱船舱段结构的概念设计提供参
考。
关键词:集装箱船,结构优化,规范法,直接计算法,拓扑优化,尺
寸优化
II
RESEARCH ON OPTIMUM DESIGN OF
CONTAINER SHIP STRUCTURES
ABSTRACT
As the development of global trade in recent years,container ships
play an important role in work of transportation. In order to leave
more room to place more containers,modern big container ships not only
have the structure of big hatch in the deck and hatch boarding,but also
make special design on the bow and stern,which need particular
requirements on the intensity of the hull.
Based S rules,the paper established the optimal model of
Midship section of container ships with bending-torsional strength and
frequency constraints based S rules and thin-walled beam
S rules,the strength,stability and dimension
constraints were considered in the model;according to the the thin-walled
beam theory,the container ship’s shear stress caused by cargo’s torsion
moment were considered;in terms of the vibration of the hull girder
theory, the frequency const