水池结构设计探讨论文提纲

论文题目：基于流固耦合与响应面法的储液结构优化分析

摘要：储液结构在工程应用中十分常见,当结构件受到外部载荷冲击时会引起内部液体晃荡,由晃荡引起的结构附加动应力对结构造成的冲击问题十分突出,甚至超过结构本身承受的外部载荷,因此研究液体晃动和储液结构的流固耦合影响具有十分重要的意义。本文以海上核电站中的某冷却水池作为研究对象,采用流固耦合分析方法与响应面法相结合,提出了一套优化设计复杂储液结构的分析方法和思路。研究结果表明,基于响应面模型和响应面法的储水结构优化方法,有效克服了水池结构总体性能方案设计时重复性和经验依赖的缺点,可为决策者进行目标权衡提供充分依据,为其他复杂模型的设计优化问题提供设计参考及解决方案。论文主要完成了以下几方面的工作:1)构建了冷却水池流固耦合计算模型,利用Workbench平台下的瞬态分析模块和CFX模块计算对冷却池结构进行流固耦合分析。得到了不同液深和不同工况下冷却液气液分布、压力分布、冷却水池结构的变形与等效应力分布规律。最终选定冷却液深度为5m,纵向冲击载荷1g作为结构优化的设计工况。2)采用SpaceClaim建立了以防波板孔径,防波板厚度和冷却水池壁厚为设计变量的参数化驱动模型,结合双向流固耦合分析通过拉丁超立方取样生成了27组实验设计点,最终拟合了精度较高的冷却水池结构的响应面模型,将各设计参数与冷却水池的综合性能之间的隐性关系可视化。3)采用多目标遗传算法生成了冷却水池结构的10组Pareto解集,经综合筛选选定某一Pareto作为最终优化结果。经优化,在控制冷却水池结构不超过材料的许用强度的同时减轻了结构重量达16.4%,且最大等效应力和最大变形量增幅均比较小。最后对优化后的参数组合进行双向流固耦合数值计算验证,证明了该优化方法的可靠性。

关键词：流固耦合分析;试验设计;响应面法;多目标优化

学科专业：工程力学

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 流固耦合研究现状

1.2.2 结构优化研究现状

1.2.3 流固耦合分析与结构优化相结合

1.3 论文的主要内容

第2章 流固耦合与结构优化

2.1 流固耦合数学模型

2.1.1 流固耦合基本概念

2.1.2 结构运动控制方程

2.1.3 流体运动基本方程

2.2 结构优化数学模型

2.2.1 设计变量

2.2.2 约束条件

2.2.3 目标函数

2.3 本章小结

第3章 参数化模型建立

3.1 SCDM软件概述

3.2 冷却水池结构简介

3.3 流固耦合分析方法

3.4 流固耦合模型建立

3.4.1 固体结构有限元模型建立

3.4.2 流体有限元模型建立

3.5 冷却水池结构参数化

3.5.1 参数化建模的实现

3.5.2 网格参数化

3.6 本章小结

第4章 冷却水池双向流固耦合分析

4.1 不同液深探究

4.2 不同载荷方向探究

4.2.1 静止状态

4.2.2 横向冲击

4.2.3 纵向冲击

4.3 本章小结

第5章 冷却水池结构多目标优化分析

5.1 冷却水池结构优化设计数学模型

5.1.1 目标函数

5.1.2 设计变量

5.1.3 约束条件

5.2 试验设计法

5.3 冷却水池响应面近似模型

5.3.1 响应面法

5.3.2 响应面拟合精度验证

5.3.3 多目标遗传算法

5.4 PARETO解

5.4.1 Pareto解集

5.4.2 优化设计结果及验证

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献