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基于遗传算法的高速艇尾轴架优化设计研究

作　者: 左东升
导　师: 李治彬
学　校: 大连海事大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 遗传算法优化设计船拍尾轴架 MATLAB编程 ANSYS Workbench
分类号: U663.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 108次
引　用: 2次
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内容摘要

船舶结构设计应以充分发挥其特有的性能、降低建造成本为目标,以最少的成本来获得最佳的性能。船舶结构优化设计已有很长的发展历史,很多传统优化算法的运用已经相当成熟。近些年兴起的遗传算法,以简单易行、鲁棒性强等特点在结构优化设计领域中受到了广泛关注。船舶尾轴架结构起着支撑尾轴和保证螺旋桨正常工作的作用,这要求尾轴架必须要有足够的强度和刚度；但尺寸的过大,又会导致船体重量增加,引起船舶阻力的增加,影响其快速性。因此,船舶尾轴架结构的优化设计是一个很重要的问题。在广泛阅读文献的基础上,本文对遗传算法进行了分析和综合,对结构优化设计的基本特点进行了介绍。针对高速艇尾轴架结构的特点,建立了优化设计的力学模型和数学模型,用遗传算法对其进行了优化设计。在此基础上编制了优化计算的Matlab遗传算法程序,并以实例进行运算。最后用有限元分析软件ansys建立了尾轴架的模型,对优化结果进行验证和分析。结果表明,优化结果完全满足强度和刚度要求,说明遗传算法对船舶尾轴架结构的优化具有很高的可信度和可行性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-25
  1.1 结构优化设计概述  10-16
    1.1.1 结构优化设计的数学模型  10-12
    1.1.2 结构优化设计的类型  12-13
    1.1.3 结构优化设计问题中的逐次无约束优化方法  13-16
  1.2 船舶结构优化设计方法的发展  16-21
    1.2.1 船舶结构优化设计发展概述  16-17
    1.2.2 船舶结构优化设计方法  17-21
  1.3 船舶尾轴架结构优化设计问题  21-24
  1.4 本文所做的工作  24-25
第2章遗传算法的基本原理  25-39
  2.1 遗传算法的基本思想和特点  25-26
    2.1.1 遗传算法的基本思想  25-26
    2.1.2 遗传算法的特点  26
  2.2 遗传算法的基本理论  26-29
    2.2.1 遗传算法的基本术语  26-27
    2.2.2 遗传算法的基本定理  27-29
  2.3 遗传算法的基本实现技术  29-39
    2.3.1 编码  29-30
    2.3.2 选择运算  30-33
    2.3.3 交叉算子  33-34
    2.3.4 变异算子  34-35
    2.3.5 目标函数和适应度函数  35-36
    2.3.6 遗传算法的运行参数  36-37
    2.3.7 约束条件的处理  37-39
第3章高速艇尾轴架优化设计的力学和数学模型  39-60
  3.1 单臂尾轴架力学模型的建立  39-43
    3.1.1 强度计算  39-42
    3.1.2 振动计算  42-43
  3.2 单臂尾轴架优化设计数学模型的建立  43-45
    3.2.1 坐标系的确定  44
    3.2.2 设计变量的确定  44
    3.2.3 约束条件的建立  44-45
    3.2.4 目标函数的建立  45
  3.3 双臂尾轴架力学模型的建立  45-55
    3.3.1 强度计算  45-53
    3.3.2 振动计算  53-55
  3.4 双臂尾轴架优化设计数学模型的建立  55-60
    3.4.1 坐标系的确定  55
    3.4.2 设计变量的确定  55-56
    3.4.3 约束条件的建立  56-58
    3.4.4 目标函数的建立  58-60
第4章遗传算法在高速艇尾轴架优化设计中的运用  60-76
  4.1 遗传算法的实现方法  60-63
    4.1.1 遗传算法的运算流程  60-61
    4.1.2 MATLAB软件介绍  61-62
    4.1.3 遗传算法在求函数极值中的应用  62-63
  4.2 ANSYS Workbench有限元分析软件介绍  63-64
  4.3 遗传算法在单臂尾轴架优化设计中的运用  64-69
    4.3.1 单臂尾轴架结构的优化模型  64-65
    4.3.2 单臂尾轴架的遗传算法优化程序设计  65-67
    4.3.3 使用有限元分析软件ANSYS对结构进行校核  67-69
  4.4 遗传算法在双臂尾轴架优化设计中的运用  69-75
    4.4.1 臂臂尾轴架结构的优化模型  69-71
    4.4.2 双臂尾轴架的遗传算法优化程序设计  71-73
    4.4.3 使用有限元分析软件ANSYS对结构进行校核  73-75
  4.5 本章小结  75-76
第5章结论与展望  76-78
  5.1 主要结论  76-77
  5.2 今后的研究方向及展望  77-78
参考文献  78-80
致谢  80-81

基于遗传算法的高速艇尾轴架优化设计研究

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