基于代理模型技术的江海直达船体结构可靠性优化设计

为提高船体结构可靠性优化设计这类多参数、高维度、高非线性优化问题的效率,弥补传统船体结构确定性优化设计对影响结构安全不确定性因素考虑的欠缺,本文以一艘江海直达船为研究对象,采用BP(Back Propagation)神经网络代理模型技术,结合SMOTE(Synthetic Minority Oversampling Technique)过采样算法增加极限状态失效面附近样本点数量,实现以较少的样本点获得较高精度的船体舱段结构极限状态代理模型,进而利用蒙特卡洛抽样模拟方法编制船体结构可靠度计算程序,在结构可靠性分析的基础上以降低船体舱段结构重量为目标,采用模拟退火优化算法开展船体结构可靠性优化设计。本文建立了一套完整有效的、基于代理模型技术的船体结构可靠性优化设计系统,有效提高了优化设计的效率,对江海直达船体结构可靠性优化设计具有指导意义。

基于SMOTE算法的船体结构极限状态代理模型研究

建立典型集装箱船舱段结构参数化有限元模型,基于SMOTE过采样算法,增加样本数据中失效面附近样本点的数量,分别采用BP神经网络、径向基神经网络以及支持向量机三种代理模型技术,结合十折交叉验证法调试模型参数以提高模型的泛化能力,完成构建船体舱段结构极限状态代理模型并对其进行测试与分析,获得了效果与泛化能力均较为优良的船体结构极限状态高精度代理模型.结果表明:经SMOTE算法处理的样本数据结合BP神经网络代理模型技术,能够在不增加有限元计算任务量的同时提高船体结构极限状态代理模型的精度.

船体结构极限强度优化设计

文中针对船体结构极限强度优化设计,确定设计变量及其变化范围,采用基于半解析方法得到单元应力应变关系的Smith方法计算船体梁极限强度,对各设计方案结果进行比较分析,从极限承载能力角度出发确定结构设计方案.说明了设计变量选取原则及变化范围的设定,极限强度优化分析的过程以及可能提高的极限承载能力程度和可能减轻结构重量的程度.

复合载荷作用下船体结构优化设计

针对船体结构轻量化需求,建立参数化有限元模型,采用智能优化算法构建船体结构优化设计系统。以一典型舱段结构模型为例,通过对Pareto前沿分析,获得复合载荷作用下舱段结构同时满足“质量轻-弯曲极限强度大-扭转极限强度大”的“三优解”。文章的船体结构优化设计技术研究对安全可靠船体结构轻量化设计有着重要参考作用。