基于改進BESO方法的多工況船體開孔孔形優化

劉 昆，郭德松，王仁華，張延昌

(江蘇科技大學 a.船舶與海洋工程學院；b.土木工程與建筑學院，江蘇 鎮江 212003)

0 引 言

在船體結構設計和建造過程中需要開設人孔、減輕孔、工藝孔等，開孔的存在會導致孔邊應力增加，甚至產生應力集中。此外，隨著結構輕量化要求的提高及船舶大型化發展趨勢，傳統開孔設計已無法完全滿足當今船體結構的設計要求。同時，船舶典型設計工況較多，需考慮船體結構開孔在多工況下的綜合優化設計，提高船體結構材料利用率，有效降低船舶結構重量。

拓撲優化設計是結構優化的一種，根據給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區域內對材料分布進行優化，從而設計出經濟、安全的結構模型。雙向漸進結構優化(Bidirectional Evolutionary Structural Optimization，BESO)算法已經成為非常成熟的連續體拓撲優化方法，其算法通用性好、優化效率高，可應用于船體開孔拓撲優化。

在BESO算法理論研究方面成果顯著。XIE等[1]提出漸進結構優化(Evolutionary Structural Optimization，ESO)方法，QUERIN等[2-4]和YOUNG等[5]提出BESO方法，該方法解決了ESO方法只能單向刪除單元的缺點，還可在高應力區增加單元。榮見華等[6]提出一種基于應力及其靈敏度的BESO方法，解決了優化過程中的震蕩狀態。

拓撲優化已被廣泛應用于船舶結構設計領域。劉宏亮等[7]將單元生長進化算法結合變密度(Solid Isotropic Microstructures/Material with Penalization，SIMP)材料理論模型和有限元方程對大型油船(Very Large Crude Carrier，VLCC)中剖面橫撐結構進行優化設計，得到一種VLCC輕量化的設計方案。王興[8]提出一種改進的適用于開孔板的BESO算法，在ANSYS有限元軟件中基于APDL語言編寫優化程序，并對不同孔形的開孔薄板進行優化計算，結果顯示拓撲優化可進行孔形優化計算。……