上海交通大学学报 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (10): 1175-1187.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.201
所属专题: 《上海交通大学学报》2021年“交通运输工程”专题; 《上海交通大学学报》2021年12期专题汇总专辑
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收稿日期:
2020-06-28
出版日期:
2021-10-28
发布日期:
2021-11-01
通讯作者:
杨德庆
E-mail:yangdq@sjtu.edu.cn
作者简介:
张 帆(1992-),男,山西省临汾市人,博士生,主要从事船舶结构优化设计理论及方法研究.
基金资助:
ZHANG Fan1, YANG Deqing1(), QIU Weiqiang2
Received:
2020-06-28
Online:
2021-10-28
Published:
2021-11-01
Contact:
YANG Deqing
E-mail:yangdq@sjtu.edu.cn
摘要:
为了开发具有优良防火和承载性能的新型轻量化围壁结构,替代上层建筑区域的传统加筋防火围壁,提出一种基于形貌优化技术的邮轮轻型防火围壁设计方法.基于该方法设计的轻型围壁中波纹加筋的位置和数量是根据承载要求及加工工艺要求生成,克服了常规波纹围壁设计中波纹位置和数量均已事先确定的缺点.针对指定设计区域,以邮轮防火围壁结构轻量化为目标函数,以焊缝区结构应力、非焊缝区结构应力以及围壁一阶屈曲因子为约束条件,建立了邮轮防火围壁形貌优化设计模型并求解.提取形貌优化结果得到可行的邮轮防火围壁构型,经二次设计得到最终构型,并与传统加筋防火围壁的力学性能进行了比较.结果表明,新型邮轮防火围壁与传统加筋防火围壁相比具备轻量化优势和良好的强度.
中图分类号:
张帆, 杨德庆, 邱伟强. 基于形貌优化技术的邮轮轻型防火围壁设计[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(10): 1175-1187.
ZHANG Fan, YANG Deqing, QIU Weiqiang. Design of Light Fireproof Enclosure Bulkheads Based on Topography Optimization for Cruise Ships[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2021, 55(10): 1175-1187.
表3
单设计域的优化结果
序号 | 工艺约束 | 收敛性 | H/mm | SK/MPa | SW/MPa | F | M/kg |
---|---|---|---|---|---|---|---|
OPT1 | 30 mm非设计域 | 否 | 57.87 | 72.95 | 107.60 | 4.18 | 339.80 |
OPT2 | 30 mm非设计域+sys | 否 | 37.42 | 71.68 | 141.20 | 4.36 | 335.80 |
OPT3 | 90 mm非设计域+sys | 否 | 61.96 | 75.25 | 163.80 | 4.18 | 341.80 |
OPT4 | 180 mm非设计域 | 否 | 44.94 | 79.59 | 158.00 | 4.86 | 336.20 |
OPT5 | 180 mm非设计域+sys | 否 | 57.71 | 68.11 | 117.70 | 5.91 | 341.40 |
OPT6 | 180 mm非设计域+sys+buffer | 否 | 39.23 | 75.96 | 165.80 | 5.13 | 334.80 |
表4
双设计域的优化结果
序号 | 工艺约束 | 收敛性 | H/mm | SK/MPa | SW/MPa | F | M/kg |
---|---|---|---|---|---|---|---|
OPT1 | 180 mm非设计域+buffer | 否 | 80.00 | 69.15 | 151.50 | 4.21 | 343.50 |
OPT2 | 180 mm非设计域+buffer +sys | 是 | 69.57 | 67.00 | 176.00 | 3.72 | 336.50 |
OPT3 | 180 mm非设计域+repetition | 是 | 45.63 | 67.23 | 122.10 | 7.05 | 336.60 |
OPT4 | 30 mm非设计域+repetition | 是 | 45.40 | 67.00 | 150.50 | 3.01 | 332.40 |
OPT5 | 90 mm非设计域+repetition | 是 | 48.07 | 67.00 | 174.60 | 3.22 | 332.30 |
OPT6 | 30 mm非设计域+repetition+sys | 是 | 36.98 | 67.16 | 124.00 | 6.04 | 335.40 |
OPT7 | 90 mm非设计域+repetition+sys | 是 | 39.40 | 67.00 | 134.70 | 7.30 | 335.40 |
OPT8 | 180 mm非设计域+repetition+sys | 是 | 43.34 | 67.08 | 163.90 | 3.15 | 331.80 |
表7
全船相关工况新型邮轮防火围壁与传统加筋防火围壁的结果对比
模型参数 | 传统围壁 | DS3构型 | DS7构型 | DS8构型 |
---|---|---|---|---|
甲板工况最大位移/mm | 43.04 | 45.87 | 45.87 | 43.04 |
甲板工况最大应力/MPa | 44.23 | 37.99 | 37.16 | 38.42 |
中垂工况最大位移/mm | 69.69 | 69.69 | 69.69 | 69.69 |
中垂工况最大应力/MPa | 16.29 | 14.56 | 13.50 | 18.54 |
中拱工况最大位移/mm | 219.40 | 219.40 | 219.40 | 219.40 |
中拱工况最大应力/MPa | 101.75 | 82.47 | 82.16 | 99.35 |
钢制围壁质量/kg | 383.40 | 335.10 | 337.50 | 331.20 |
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