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题名考虑不确定性载荷作用的船艏结构优化设计
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作者
王骁
韦智元
王涛
高元博
于开波
李伟
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机构
海军大连舰艇学院
哈尔滨工程大学青岛创新发展基地
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出处
《船舶力学》
北大核心
2025年第9期1454-1463,共10页
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文摘
高速航行船舶的船艏在水面砰击下会面临载荷幅值与作用位置不确定等难题,导致该结构在砰击载荷下的结构优化设计困难。本文提出了一种考虑不确定载荷作用的多阶段拓扑优化方法,通过系统性融合载荷不确定性分析与制造约束,实现了轻量化设计与工程可行性的平衡。首先,将不确定性载荷转换为多工况最不利加载问题,通过“最不利工况–拓扑优化”的迭代流程,动态更新临界载荷位置。然后,采用基于变密度法(SIMP)的拓扑优化策略,结合几何/制造约束,逐步求解得到满足强度与刚度要求的最优加筋布局。在每次迭代中,保留前一阶段的设计结果,并基于该设计更新最不利工况,实现对不确定性载荷的渐进式适应。最后,通过多次迭代与几何重构,将高密度单元群转换为可制造的加筋构型并进行有限元验证。结果表明:优化后船艏结构的最大位移显著降低,各工况响应更加均匀,满足轻量化和安全性需求。该方法有效克服了双层嵌套优化的高计算量挑战,为高速船艏在不确定砰击载荷条件下的结构优化设计提供了可行的新思路。
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关键词
船艏砰击
不确定性载荷
结构优化
加筋结构
轻量化设计
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Keywords
bow slamming
uncertain loading effect
structural optimization
stiffend structure
lightweight design
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分类号
U661.45
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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