基于响应面分析法的虚拟锚系剖面浮标结构优化设计

• 作者: 刘志刚
• 来源期刊: 海洋技术学报
• 关键词: 虚拟锚系剖面浮标 有限元分析 响应面优化设计 参数化建模 流体压力分析
• 年，卷（期）: 2022,（4）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 61-71
• 页数: 10页
• 分类号: TH62
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1003-2029.2022.04.007

摘要

针对目前虚拟锚系剖面浮标的设计多集中在控制算法领域，在结构设计上多为直接性试验设计的问题，为简化试验流程、降低成本，针对某款虚拟锚系剖面浮标进行结构优化设计。首先对浮标水下2 000 m工况进行有限元静力学仿真分析，得到对其应力和变形影响较大的结构参数，设置浮标壳体1、壳体2、壳体3、肋板1、肋板2的厚度为变量，对浮标进行参数化建模，将变量参数值进行区间约束，设置重量、最大应力和最大变形为优化目标，对浮标模型进行响应面优化设计。经过分析得到53组变量参数组合，筛选得到最优化的变量组合。利用优化前后浮标的结构参数，对浮标入水工况进行模拟流体压力分析，检测浮标结构设计合理性，对比显示优化后浮标的最大变形量和最大应力皆有所增大，但仍符合其材料设计要求。最终，参数化建模优化后的浮标重量减少了6.01%，最大应力降低了43.83%，最大变形量增加了0.013 25 mm，变形量仍旧符合设计要求。优化过程减少了实际试验次数，降低了生产成本，对虚拟锚系剖面浮标及深海设备的结构优化设计有一定参照意义。