【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶结构优化设计方法领域，特别涉及一种基于可信贝叶斯疲劳可靠性的船体结构优化设计方法。
技术介绍
1、船舶是在航行的过程中会受到来自波浪水动力以及其他惯性力产生的各种环境载荷。同时，船舶内部结构相对复杂，而且越来越高的上层建筑也让船体所受环境载荷更复杂。船体结构在各类载荷作用下，经过一定的循环周期之后，结构会因长期积累产生严重的疲劳损伤破坏。一艘船舶通常规定20年到25年为正常服务年数，在船舶使用年限中交变应力对结构内部的循环次数可达到108次。疲劳损伤是船体结构设计过程中不可忽视的问题。所以，需要对船体结构进行疲劳损伤度计算，从而保证船舶在正常服务年限航行过程中的安全。
2、同时近年来对船舶的经济性、适港性提出了更加严格的要求。就结构而言，船体结构质量在空船结构质量中占据主导地位，其设计的优劣直接影响空船质量及载质量，进而影响船舶的经济性能。因此，船体结构质量的控制与优化尤为必要。
3、对于船舶结构设计目前一般依赖于确定性分析的安全系数法，而安全系数法设计的船舶结构偏向保守，现有可靠性优化需要利用量化区间描述结构的可靠性，而量化区间的上下界本身是否可信以及可信程度无法定量描述，因此将贝叶斯可信可靠性方法用于船舶结构的优化设计有助于更合理的船舶结构设计。
技术实现思路
1、为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于可信贝叶斯疲劳可靠性的船体结构优化设计方法，充分考虑船舶结构在各类载荷下因长期积累产生的严重疲劳损伤，为船舶结构的轻量化提供可行的
2、本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：
3、一种基于可信贝叶斯疲劳可靠性的船体结构优化设计方法，包括如下步骤：
4、第一步，量化船舶结构的不确定性因素，所述不确定因素包括弹性模量e和外部载荷f；
5、第二步，依据有限元模型建模规范，建立船舶结构的有限元模型，将船舶结构设计区域的有限元模型使用壳单元建立，或使用参数化建模，对船舶结构赋以初始结构尺寸参数属性；
6、第三步，总结船舶结构在海上航行过程中外部受到的各种波浪载荷，包括船体梁载荷；各载荷工况下的船体梁载荷包括：静水弯矩、垂向波浪弯矩、水平波浪弯矩以及波浪扭矩，依据疲劳强度评估规范中确定外部载荷的大小，并通过加权求和获得合成工况，将合成工况施加于船舶的有限元模型，计算得到船舶危险部位的最大冯米塞斯应力，利用平均应力修正方法对工况下的最大应力区间修正，得到可信度1-α下的应力幅区间其中1-α为船舶结构设计可信度，s为应力幅区间下界，为应力幅区间上界；
7、第四步，利用寻优算法计算在疲劳寿命满足可信可靠性约束下重量最小的船舶结构作为结果输出。
8、进一步地，所述第一步中，对所述不确定因素，在有限样本的情况下，选择区间的方式进行描述，则船舶结构的弹性模量e和外部载荷f表示为下式：
9、
10、其中，e和分别表示材料弹性模量不确定区间的上下界，f和分别表示外部载荷不确定区间的上下界；
11、根据所假设的材料的不确定因素的不确定区间，首先假设任意一个不确定参数先验分布满足其中β表示不确定变量的最小可能值；γ为被帕累托分布的形状参数，也被称为尾部指数，β和γ均为常数；在后续确定不确定参数区间范围时，新增样本点数据x1,x2,...,xn，n为新增样本点的个数，利用新增的样本点数据对先验分布函数进行更新得到不确定变量的后验分布，更新后的后验分布函数根据贝叶斯可靠度理论计算得出，不确定变量的后验分布函数，引入中间参数后方程简化为对后验分布概率密度函数进行积分，得到，此时船舶结构中任意不确定变量在可信度1-α下不确定因素区间满足：
12、
13、其中，为不确定变量的下界为已知量。基于上述理论得到在1-α可信度下，船舶结构中不确定变量弹性模量e和外部载荷f的区间满足：
14、
15、其中，βe和βf分别表示不确定变量弹性模量e和外部载荷f的最小可能值，和分别为被帕累托分布的形状参数。
16、进一步地，所述第三步包括：
17、船舶结构的疲劳寿命分析采用应力疲劳法，根据材料属性获得材料的标准s-n曲线，并采用直线平均应力修正方法对其进行修正；同时利用区间泰勒展开法在不确定变量的中心值处进行泰勒展开，从而求得可信响应的中心值和半径，进一步得到其边界，包括：
18、首先计算转化后的可信响应函数s1-α(e,f)在不确定因素的中心值处的值：
19、sc＝s1-α(ec,fc)
20、式中，sc为应力幅区间中心值，即有ec,fc分别为弹性参数e和外部载荷f的中心值，上标c代表中值，s和分别为应力幅区间的上下界；
21、对于s＝s1-α(e,f)，在中心值ec,fc处进行泰勒展开，略去高阶项，只保留一阶项：
22、
23、应力幅区间的半径sr为：
24、
25、其中，er、fr为弹性参数e分量和外部载荷f分量的半径；
26、最后得到应力幅的上界下界s(e,f)|1-α为：
27、
28、
29、进一步地，所述第四步包括：
30、船舶可信贝叶斯疲劳可靠性优化设计模型为：
31、find d
32、min f(d)
33、
34、dl≤d≤du
35、其中，p()表示满足括号内约束的概率，d为结构尺寸设计变量向量，f(d)表示结构尺寸的任意函数，find表示优化设计过程中的寻优变量，min表示优化设计过程寻找的变量最小值，e，f为弹性模量和外部载荷，且输入模型已知；r是根据材料s-n曲线和设计寿命ng计算出的疲劳强度，r-s(e,f,d)是约束函数，是目标可靠度，dl和du是设计变量的边界向量，cltar表示目标可信水平。
36、有益效果：
37、本专利技术提出了非概率可信量化的船舶结构疲劳可靠性优化设计方法，构建了基于非概率可信量化的结构可靠性优化模型，采用优化算法，结合有限元分析，对大型船舶结构进行可信可靠分析及优化，使船舶结构可靠性和安全性得到充分保障，结构同时满足非概率区间下的可靠性和可信度约束。针对具有强分散性的疲劳问题，展开静疲劳可信可靠性优化设计，引入可信度约束能够保证优化设计结果的可信性，实现在船舶结构减重目标和可靠的设计之间的平衡。本专利技术提出的方法保障结构安全性前提下，保证了结构可靠度满足精度要求，同时完成整体船舶结构的轻本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于可信贝叶斯疲劳可靠性的船体结构优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于可信贝叶斯疲劳可靠性的船体结构优化设计方法，其特征在于：所述第一步中，对所述不确定因素，在有限样本的情况下，选择区间的方式进行描述，则船舶结构的弹性模量E和外部载荷F表示为下式：
3.根据权利要求1所述的一种基于可信贝叶斯疲劳可靠性的船体结构优化设计方法，其特征在于：所述第三步包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于可信贝叶斯疲劳可靠性的船体结构优化设计方法，其特征在于：所述第四步包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于可信贝叶斯疲劳可靠性的船体结构优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于可信贝叶斯疲劳可靠性的船体结构优化设计方法，其特征在于：所述第一步中，对所述不确定因素，在有限样本的情况下，选择区间的方式进行描述，则船舶结构的...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡举喜，吕光正，李云龙，王晓军，邱志平，陈伟民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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