1、面對越來越嚴(yán)重的環(huán)境和能源問題，船舶輕量化的重要性日益凸顯。從局部艙段到整船，國內(nèi)外學(xué)者利用有限元方法及各類有限元軟件進行了大量研究。參數(shù)化的應(yīng)用使船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化取得了較大的發(fā)展，提高了研究效率，獲得了更好的效果。經(jīng)過閱讀文獻、仔細(xì)思考，可以發(fā)現(xiàn)在船舶結(jié)構(gòu)輕量化方面，依然存在著不少值得深入研究的地方，特別是形成一種能夠解決一系列類似問題的指導(dǎo)方法，因此針對有限元分析的缺點與不足，本文以一艘54m機動散貨船為研究對象，對以下幾個部分進行了研

2、究，以此希望對船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究提供更多有價值的參考。
　　(1)全船動力特性分析。建立了全船有限元模型，確定了邊界條件，計算了船舶激振頻率禁區(qū)、附連水質(zhì)量，進行了全船動力特性分析，得出了散貨船全船的固有頻率。結(jié)果表明該船舶還有一定的優(yōu)化空間。
　　(2)散貨船分段剛體等效模型的建立。提出了一種新的等效方法，將彈性船體模型轉(zhuǎn)換為分段剛體模型，成功引入到多剛體動力學(xué)軟件，使模型可在多剛體動力學(xué)軟件中進行分析，達到既減小模型規(guī)模

3、、加快分析速度，又可加入多種影響因素的目的。此等效方法既保留了傳統(tǒng)傳遞矩陣法的傳遞思想，可以達到工程精度要求，又使分析對象保持了原本的幾何形狀，保證了船體等效為剛體后在多剛體動力學(xué)軟件中運行的必要條件與意義。
　　本文從理論上詳細(xì)論述了分段剛體等效思想，選用桿、軸、梁模型進行了等效方法可行性與有效性的驗證。其后研究了散貨船機艙主要機械設(shè)備、附連水質(zhì)量、邊界條件的等效方法，確定了散貨船等效成分段剛體時原始數(shù)據(jù)的選取規(guī)則，進而建立了散

4、貨船的分段剛體模型。
　　(3)散貨船分段剛體模型的參數(shù)化設(shè)計。通過分析船體實際結(jié)構(gòu)，選取了縱、橫向主要骨材構(gòu)件的長、寬、高作為設(shè)計變量，將全船構(gòu)件分組，編寫了各個構(gòu)件的表達式，總結(jié)了通用的表示方法，獲得了參數(shù)化的散貨船分段剛體模型。當(dāng)骨材構(gòu)件的長、寬、高任一尺寸發(fā)生變化時，模型屬性皆可作出相應(yīng)改變。進行了設(shè)計變量的靈敏度分析，篩選出了對于質(zhì)量、固有頻率靈敏度較大的設(shè)計變量，將其作為最終的全船輕量化設(shè)計變量。建立了效果顯著且快捷實

5、用的分段剛體參數(shù)化模型，為參數(shù)化優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。
　　(4)散貨船的多目標(biāo)優(yōu)化。闡述了優(yōu)化的步驟，介紹了多目標(biāo)優(yōu)化的優(yōu)點，計算了全船外板、骨材構(gòu)件尺寸約束條件，選擇了全船質(zhì)量最輕和第二階固有頻率最小作為優(yōu)化目標(biāo)，進行了散貨船輕量化和被動振動控制研究。獲得了既滿足質(zhì)量最輕又使第二階固有頻率最小優(yōu)化的質(zhì)量結(jié)果、頻率結(jié)果及相應(yīng)構(gòu)件的尺寸。結(jié)果表明，散貨船總質(zhì)量減少了2.7％；第二階固有頻率減少了3.1%。進行多目標(biāo)優(yōu)化，既可減少船舶總質(zhì)

6、量，在動力學(xué)上又增加了頻率儲備。
　　(5)全船靜力強度的校核。對優(yōu)化后的散貨船模型進行了有限元強度校核，檢驗優(yōu)化后的外板、骨材尺寸能否達到強度要求。結(jié)果表明優(yōu)化后的船舶性能符合規(guī)范要求，同時所得結(jié)果也說明了所用輕量化方法不僅有著較好的可行性，還有著巨大的工程價值和社會意義。
　　(6)相對移動的物體與船舶相互作用的研究?？偨Y(jié)并計算了散貨船受到的各種振動激勵，將其等效后添加在分段剛體等效模型上。利用充液系統(tǒng)動力學(xué)的理論，將壓