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大型起重船臂架结构拓扑优化设计研究

作　者: 马玉英
导　师: 徐慧
学　校: 天津大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 粒子群优化算法差分进化算法拔杆式起重机臂架拓扑优化
分类号: U674.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 234次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,随着经济的迅猛发展,我国大中型港口的吞吐量已经不能满足日益发展的国际化航运要求,深水港口及人工港的扩建及改建迫在眉睫。大型起重船是进行港湾建设不可或缺的设备,如何在经济效益最佳的条件下进行大型的起重船设计并对现有的工程船进行改造就成为了目前国内对起重船研究的热点之一。目前对于船用起重机臂架结构优化的对象主要集中于门式起重机和单臂起重机等;而对于能够满足大型起重要求的拔杆式起重机而言,其臂架结构优化研究尚处于起步阶段,对于结构的拓扑优化设计研究基本上是一片空白。因此,对拔杆式起重机臂架结构的拓扑优化进行研究和创新有着很大的必要性以及相当重要的工程实际意义。本论文研究内容的创新主要体现在以下两个方面:首先,本文首次提出了大型起重船拔杆式起重机臂架结构拓扑优化的计算模型,并依据受力与结构布置特点,以构件截面尺寸及结构布置的位置为设计变量,以设计规范对应力、强度和稳定性等的要求为约束条件,以结构重量最轻为最终优化目标提出了数学模型;其次,本文首次对粒子群优化算法提出了改进意见,并将粒子群优化算法同差分进化算法相结合,形成了一种新的混合优化方法。本文在满足规范要求及使用要求的前提下选择了结构拓扑优化模型的约束条件及设计变量,并应用Matlab平台软件编辑了基于空间杆系有限元及混合优化算法的优化程序。考虑到优化约束条件繁多且复杂,本文提出对于显示表达的约束条件以罚函数的形式进行转化处理,而将以隐函数形式表示的约束条件在程序计算后进行了校核及验证。本文对今后的结构拓扑优化设计提供了一种新的思路,对传统优化算法进行了有效改进,并得到了验证,具有较高的理论价值和实用价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 结构优化设计的历史及发展状况  8-10
  1.2 拓扑优化的原理及发展前景  10-11
  1.3 本论文的主要内容  11-12
第二章混合优化算法  12-25
  2.1 粒子群优化算法（PSO）  12-16
    2.1.1 传统粒子群优化算法的基本原理  12-16
    2.1.2 改进的粒子群优化算法的步骤  16
  2.2 差分进化算法（DE）  16-19
  2.3 混合优化算法（PSODE）  19-21
    2.3.1 混合优化算法[17]的优点  19-20
    2.3.2 混合优化算法的步骤  20-21
  2.4 算例  21-25
第三章起重机臂架的数学及力学模型  25-41
  3.1 优化模型  25-34
    3.1.1 结构件强度约束  28
    3.1.2 受压和受弯曲构件的稳定性许用应力  28-30
    3.1.3 起重机臂架整体稳定性校核  30-31
    3.1.4 臂架抗倾覆稳性要求  31-33
    3.1.5 计算模型的受力分析  33-34
  3.2 有限元模型  34-41
第四章优化程序及其实现  41-52
  4.1 优化程序设计思路  41-44
  4.2 起重机臂架的优化程序  44-46
  4.3 优化算法的程序  46
  4.4 优化算法的过程  46-50
    4.4.1 初始结构  46-47
    4.4.2 优化后的结构  47-50
  4.5 抗倾覆稳性的校核  50-51
  4.6 结论  51-52
第五章结果分析与展望  52-53
参考文献  53-55
发表论文和科研情况说明  55-56
致谢  56

大型起重船臂架结构拓扑优化设计研究

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