大型油船横向结构优化设计

第21卷第2期2007年4月　江苏科技大学学报(自然科学版)

Journal of J iangsu University of Science and Technol ogy(Natural Science Editi on)

Vo1121No12

Ap r.2007

文章编号:1673-4807(2007)02-0001-05

大型油船横向结构优化设计

邵雄飞1,俞铭华1,郭小东2

(1.江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003; 2.英国劳氏船级社上海代表处,上海200001)

摘　要:大型油船较之一般油船的横向结构受力大,在整个舱段优化设计中必须考虑横向结构的优化问

题。将横向结构简化成T型材,从DNV(挪威规范)中提取相应的约束条件,以单个横向结构重量最轻为

目标函数建立数学模型,采用变尺度混沌算法对其进行优化设计。

关键词:大型油船;横向结构;优化设计;变尺度混沌算法

中图分类号:U661142 文献标识码:A

O pti m i za ti on of Tran sverse Structures of Large Crude O il Carr i er

SHAO X iongfei1,YU M inghua1,G UO X iaodong2

(1.School of Naval A rchitecture and Ocean Eng.,J iangsu University of Science and Technol ogy,Zhenjiang J iangsu212003,China;

2.Shanghai B ranch of B ritish L l oyd’s Register of Shi pp ing,Shanghai200001,China)

Abstract:Co mpared t o the co mmon oil tanker,the transverse structure of large oil tankers will suffer fr om great forces,s o the op ti m u m design should be considered in the design of the transverse structure.A mathe matic model is built fr o m which the transverse structure can be si m p lified t o T secti on.The constraint conditi ons are obtained fr o m DNV and a g oal functi on of m ini m alweight is deter m ined for the single transverse structure.The mathe matic model is then op ti m ized with the method of variati on scale chaos.

Key words:large oil tanker;transverse structure;op ti m u m design;variati on scale chaos

0　引　言

近年来新建的油船主要是巴拿马型以上的大中型油船。其中阿夫拉型(Afra max:8～10万载重吨)、苏伊士型(Suez max:1315～15万载重吨)以及超大型油船(VLCC:20～30万载重吨)的订造量增长较为明显。通常将载重量在35万吨以上的称为超级油船(ULCC);载重量在20～35万吨之间的称为超大型油船(VL2 CC);载重量在10～20万吨之间的称为大型油船。其中大型油船和超大型油船是本文关心的主要船型。有文献认为油船的横向结构所占比重较小,优化效果不大而将其作为已知量[1]。但对于大型油船来说,横框架间距在510～612m之间,双壳间横隔板、肋板、甲板强横梁、纵舱壁垂直桁材组成的横向平面强框架受力较大。文献[2]研究了15万吨的油船中剖面优化设计。指出了横向结构虽然不如总纵强度重要,但横收稿日期:2006-07-14

基金项目:企业协作技术攻关课题(校编2003119)

作者简介:邵雄飞(1982-),男,江苏常州人,江苏科技大学硕士研究生。

向结构强度不足所产生的事故经常出现。因此,横向结构的强度分析是大型油船的结构优化设计中不可

或缺的一项内容。本文提出了简化问题的优化策略;根据DNV (挪威规范)[3]

,对大型油船的横向结构包括横框架和横舱壁建立用于优化的数学模型,并采用变尺度混沌优化算法对其进行结构优化设计;最后对优化结果进行了分析。

1　优化策略

横向结构的优化属于离散变量的优化问题,实质上是组合优化问题。横向结构的约束条件多为对局部强度的约束和稳定性的约束。双层底肋板厚度,双舷侧垂直桁材腹板厚度,由于其带板为纵向连续构件;而横舱壁板厚度由于处在中和轴附近,根据规范中相关的约束计算出满足约束的各个最小值。并以板厚库中的厚度进行圆整,

以此作为相应的最优值。图1　强框架设计变量示意图

Fig .1　D iagra m of variables of str ong fra me

这样,横向结构的优化设计集中在甲板横梁、纵舱壁垂直桁材、横舱壁垂直扶强材和横舱壁水平桁的优化设计,在不改变结构形式的前提下对横向结构进行优化。此外,材料的优化涉及到制造工艺方面的要求,而DNV 规范中没有完整的关于工艺性的约束,所以本文根据工艺制造的要求补充了一些约束条件。

横向结构比较复杂,有数量较多的加强筋和人孔。对于人孔,文中将其忽略不计;对于加强筋,则根据DNV 规范计算出最小尺寸。根据横向结构优化设计变量较少的特点,选取一种简单而高效的优化算法———变尺度混沌优化算法[4]

解决横向结构

的优化设计问题。

2　优化设计

211　强框架数学模型21111　设计变量

强框架的设计变量除了双层底和双舷侧肋板厚度之外,主要分布在甲板横梁、纵舱壁垂直桁材和水平撑杆。将各构件视为T 型材,设计参数包括T 型材的腹板高度、厚度、面板宽度、厚度。本文将这些参数作为设计变量,见表1和图1。

表1　强框架设计变量表Tab .1　Variables of str ong fra me

设计变量名称设计变量设计变量名称

设计变量

甲板横梁腹板高度(内壳与纵舱壁之间)x 1纵舱壁垂直桁材面板厚度(甲板横梁与水平撑杆之间)x 12甲板横梁腹板厚度(内壳与纵舱壁之间)x 2纵舱壁垂直桁材腹板高度(水平撑杆与内底板之间)x 13甲板横梁面板宽度(内壳与纵舱壁之间)x 3纵舱壁附近垂直桁材腹板厚度(水平撑杆与内底板之间)x 14甲板横梁面板厚度(内壳与纵舱壁之间)x 4纵舱壁垂直桁材面板宽度(水平撑杆与内底板之间)x 15甲板横梁腹板高度(纵舱壁与中心之间)x 5纵舱壁垂直桁材面板厚度(水平撑杆与内底板之间)x 16甲板横梁腹板厚度(纵舱壁与中心之间)x 6水平撑杆腹板高度x 17甲板横梁面板宽度(纵舱壁与中心之间)x 7水平撑杆腹板厚度x 18甲板横梁面板厚度(纵舱壁与中心之间)x 8水平撑杆面板宽度x 19纵舱壁垂直桁材腹板高度(甲板横梁与水平撑杆之间)x 9水平撑杆面板厚度x 20纵舱壁附近垂直桁材腹板厚度(甲板横梁与水平撑杆之间)x 10双层底肋板厚度x 21纵舱壁垂直桁材面板宽度(甲板横梁与水平撑杆之间)x 11双舷侧强框架垂直桁材腹板厚度

x 22

21112　目标函数

本文以单个强框架重量最轻为优化目标,可对优化过程中各构件的体积与相应的材料密度乘积累

加求和。

m in f =ρ1A 1S 1+ρ2A 2S 2+ρ3A 3S 3+ρ4A 4+ρ5A 5+ρ6A 6S 4

(1)2江苏科技大学学报(自然科学版)2007年