船舶基座轻量化设计方法研究

郭力1,2,3，赵新豪4，袁昱超1,3，唐文勇1,3（1.上海交通大学 海洋工程全国重点实验室；2.上海交通大学 海洋智能装备与系统教育部重点实验室；3.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院；4.中国舰船研究设计中心）

摘要: 以船体基座轻量化为目标，分别从结构设计和材料设计的角度对基座进行轻量化设计。从结构设计出发，采用依赖于经验的分块化设计方法和结合有限元-优化算法的拓扑优化与参数优化设计方法减小结构的体积；从材料设计出发，通过应用碳纤维T700 新型复合材料代替原有的钢制结构来减轻结构的密度。研究表明，由于不同方法的减重原理不同，优化后的减重效果和力学性能均存在差异，拓扑设计减重效果最好，减重率达62.8%，参数设计的应力和位移优化效果最好，最大应力和位移的增大率仅为5.8% 和22.1%。在实际应用中要根据不同情况选择合适的轻量化设计方法，研究结果可为船舶轻量化设计提供一定参考。

关键词：轻量化；拓扑优化；参数优化；复合材料