CH7-1-20140409优化设计分析.ppt

第 7 章 结构优化设计 目标：安全、环保、节能减排 优化设计的作用： 整体优化 减轻重量 局部优化 减小应力集中，改善疲劳特性 优化目标 限制条件 有待优化参数 目标函数 约束条件 设计变量 Objective Function Constraint Design Variables 7.1 结构优化设计的数学模型 通常，结构形式选定后，对结构尺寸参数、外形参数优化。 1) 设计变量 尺寸(板厚、间距等） 应力、变形，等 状态变量 状态变量与设计变量的关系 2)约束条件 ① 状态约束：如最大工作应力≤许用应力 ② 限界约束：对设计变量变化范围的约束，如最小允许板厚。 如: 表示为： 3) 目标函数 将设计追求的目标解析化、数量化，用函数表示，叫目标函数 。 可以是重量、成本、可靠度或使用效能等。 4) 数学表达式 选择 模型 1 满足： 使用目标函数 min(max) 例: 模型2 Subject to ， （多种方案） min 7.2.船舶优化设计的特点 1) 离散度量情况 a、连续变量 圆整 规格化 b、直接取离散值。 2）变量组合或链接 型号 （一组参数） 3) 变量变换: 5)灵敏度分析： 目标函数和约束函数关于设计变量变化的梯度。 某一设计变量组: 变化率 4)分级优化： 船舶结构复杂系统： 总体相当板厚 局部板材、骨材 7.3.1 军规条文 约束条件 1）正应力 2）剪力条件 7.3 舰船舯剖面结构的优化设计 约束：军规。 变量：剖面尺寸。 目标：重量轻。 3) 极限强度条件 4) 稳定性： 骨材 7.3.2 数学模型 分二级优化 1）一级优化 中剖面材料的优化布置 ①　设计变量：基准相当板厚 各列板 i: 板架编号（甲板，舷侧板，底板架） i=1,2,3, ... k：板列 i=1,2，..., K 各个列板厚度的比例系数，可由母型船或统计值给出。 ②　约束条件： 这里取 ③　目标函数： 剖面积 已确定的构件截面积(纵桁等大构件)。 列板宽 列板厚： 板列材料的合理分配（对各列板分别优化），确定纵骨材料比例、纵骨尺寸、间距）。 ① 设计变量： 纵骨截面积 （ 板列上） 纵骨间距 板列厚度 关系式： 2) 二级优化 ( 、板列宽已知） 约束条件: （a）纵骨稳定性 （b）合成应力 （c）最小允许板厚 （d）纵骨间距（工艺） （e）最小剖面模数（不小于第一次近似） 极限状态，计及板厚折减 ③ 目标函数： 板列需要增加的厚度 问题：复杂的约束条件下，结构优化问题。 End of this Part