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船舶结构优化设计方法及应用

2020-07-05陆鲲鹏

科技资讯 2020年15期
关键词:应用

陆鲲鹏

摘  要:任何船舶结构,都是非常具有复杂性的。现阶段因为市场经济发展迅速,经济水平提升,促进科技迅速更新,国内的各个行业发展创新非常迅速,让船舶制造业也是要加强自身的转变,在船舶结构方面要运用合适的优化方法,让船舶结构可以符合客观的需求,达到良好的制造效果。需要结合船舶的实际建造需求,对船舶结构展开适当优化设计。该文是对船舶结构一些优化设计的方法展开分析,介绍船舶结构优化应用,希望对船舶制造业的实际发展有一定借鉴价值。

关键词:船舶结构  优化设计方法  应用

中图分类号:U662    文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2020)05(c)-0055-02

近年来国内的市场经济整体发展是十分迅速的,船舶制造业也是有非常明显的进步,尤其是科技迅速更新,让船舶制造业面临诸多的挑战,这对船舶制造的质量以及速度都是提出非常高的要求,需要借助合理的手段,在船舶的质量有所保障的基础上,让船舶制造的效率实现全面提升,这是诸多企业要面临的一个关键问题,船舶结构要展开合理优化。然而船舶结构实施优化设计是比较复杂的工作,要找到合适的优化方法,并展开实践应用,让船舶结构可以满足客观的需求。

1  船舶结构优化设计概述

1.1 船舶结构优化设计概念

船舶制造业迅速发展,以及计算机技术的引入,让船舶设计的诸多知识出现变化,科技实现了全面更新。船舶设计中,无论是运用任何的设计方式,都是需要保证船舶结构有足够的安全性以及便捷性,然后才能追求船舶设计的效益,这是对船舶结构展开设计的原则。为了最大程度上挖掘出经济效益,在船舶结构的实际设计中,对船舶结构的形式展开适当创新,其中涉及到大小以及外形等重要的信息,注重速度和重量方面的追求,符合船舶结构的相关标准,对技术要求要进行满足。保证在设计中,船舶结构的动力形态达到完美[1]。

1.2 船舶结构优化分类

依据变量属性,可以将船舶结构的实际优化,分成离散模型、混合变量以及连续模型。因为船舶制造本身是非常复杂和繁琐的一个过程[2]。其中涉及到的问题是非常多的,船舶制造要注重连续性以及离散型,在制造骨材中要注重连续性,而钢材的厚度以及型材方面,则是要注重离散模型,那么在船舶结构的实际设计中,就是混合设计的方式。

2  船舶结构经典优化设计方式

2.1 准则优化设计方式

船舶结构中运用准则法展开优化,是借助力学知识以及工程设计经验,建立优化设计的方案,这种类型的优化方式,符合各类约束限制,选择最合适的准则法设计。这种方式的优点,主要是在船舶结构的实际设计中,物理层作用是十分明确的,便于分析工作的顺利开展,其中计算的过程很简单;另外,在具体的计算中,结构分析很少,收敛的速度是非常快的,在最初对传播结构展开应用的时候,这种设计方式也得到一定的应用。这种优化方式也有一定的劣势,主要是无法保证计算结果实现最优化,也难以对收敛性展开验证,在实际的设计中,设计人员需要结合实际的情况,将各类的设计完成。因为这种方法的劣势,在其中融入形状优化,借助实践形状的设计,可以让应力集中得到避免,力学模型如果有太多变量,运用这种方法,会让结构设计得到简化,在一般的船舶制造中,位移准则法以及能量准则法是比较常用的。

2.2 数学规划设计方法

因为准则法在发展,诸多的专业开始对数学规划展开分析,在20世纪70年代,一些学者确定了结构优化的界定,为规范法的发展提供了动力,一般情况下,运用的方法就是单目标排序、函数评价等,在实际的应用中,将诸多的目标展开规范,然后简化成单独的目标,对单个目标展开优化,实现对船舶结构的设计。

数学规划法,则是在规划论上发展起来的,因为理论的全面性,应用的范围也是非常广泛的,这种方法本身具备收敛性,但是在船舶设计的实际应用中,还是有一定的缺陷存在,比如计算的环境是十分复杂的。收敛要消耗诸多的时间,尤其是在变量多的时候,更是严重耗时。另外,这种方法的计算也有诸多的隐性缺陷存在,所以成为这种方法的限制。基于这些问题,一些学者做出了对该方法的改进,在其中引入准则法的一些优势,结合力学特征对该方法展开了完成,并对范围进行了完善,其中涉及到导入倒数、连续变量等诸多的内容,让该方法的运算速度有一定程度上的提升。

3  船舶结构优化设计方式的应用

3.1 遗传模型优化设计方式

所谓的遗传模型,就是在相关的数学建模属性基础上进行发展的,将船舶结构展开优化设计,分成离散变量、连续变量以及混合变量3种模型,是在传统模型的基础上继续发展出来的一种新的算法,诸多的专家分析了传统模型的缺陷,建立了这种新算法。结合船舶结构的实际特点,为了满足其优化设计,适当融入了生物进化领域的一些理论,建立了这种遗传算法。经过船舶结构的设计经验证明,这种算法是有一定盲目性的,在其中不需要对导数资料进行导入,可以运用目标函数的建立,将以往方法的一些缺陷予以避免,让船舶结构展开优化设计实现简化。一些优化设计方面的工作,是经过编码集来实现的,然后借助二进制的方式,对一些变量关系展开表现,然后解决在结构设计中出现的连续性以及离散性问题。对生物进化展开效仿,在船舶结构的设计中展开交叉算子,经过设计实践,这种优化方式,对各类繁琐的环境都有一定的适用性,在船舶结构的实际优化设计中,运用这种方法可以取得比较显著的效果,是船舶设计方面的革新和突破。

3.2 模糊原理优化设计方式

模糊原理早在20世纪80年代开始发展起来,在模糊判决的基础上实现创新发展,建立了限界搜索法,運用到船舶结构的设计中,可以将结构优化的一些难题顺利解决。运用完善的模糊目标,可以将阀值看成是变量。这样避免在进行一次求解情况下的最大水平法,经过求解,对施工以及结构等各类的要素展开思考,建立要素权重集,并进行乱序结合,建立模糊评价法。然后可以明确模糊约束的容差,比如在船舶结构中,对油船的槽型以及剖面展开计算,需要结合工程的具体情况,对模糊要素的具体覆盖进行确定,然后可以运用合适的模糊优化方法,在缩减原材料的情况下,让船舶结构得到设计优化。

这种方式可以在一些繁杂工程内展开应用,可以有多个目标问题。另外,对模糊结构展开适当拓展,让多目标实现模糊优化的融合,并约束各层次模糊性。在对该方法展开应用时,要注重建立符合模糊约束的子集,然后依据模糊判决,可以转变成一般规划,然后展开适当求解。这种方法在船舶结构设计的实际应用中,可以满足现实优化设计的需求,也能让相关人员结合船舶结构的需求,适当选取应用。

3.3 智能型优化设计方式

当下科技发展迅速,船舶结构中实现智能型设计,展开对船舶结构的优化设计,已经逐渐普遍起来。将基础设计的方案进行明确,然后结合船舶结构的客观需求,对设计问题展开分析,运用数学规划的方式,总结出最合适的设计方案。比如,在船舶设计企业,运用这种方式,内部的专家系统为优化设计打下基础,融合了诸多的经典设计方式以及人工智能,让系统设计更加高效和便捷。这种方法中,神经网络法以及专家系统法占据主要的部分,为船舶结构的优化设计提供支持。

4  结语

总之,经济稳定发展,国内的船舶制造业也是在进步,对船舶结构展开优化设计,要根据经典方式以及智能技术的优势,结合实际的设计需求,选择最合理的设计方案,让船舶结构设计可以满足客观的需求。

参考文献

[1] 龙周,陈松坤,王德禹.基于SMOTE算法的船舶结构可靠性优化设计[J].上海交通大学学报,2019,53(1):26-34.

[2] 杨敬东,何瑞峰,刘文彬.基于遗传粒子群算法的长江水系货多用途船结构优化[J].重庆电力高等专科学校学报,2018,23(1):57-62.

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