(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111601792.4 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 山东产研先进材 料研究院有限公司 地址 250000 山东省济南市中国 （山 东） 自 由贸易试验区济南片区港兴三路北段 未来创业广场3号楼 21层2105 (72)发明人 王洋　李立军　李刚　李金风　 李远鹤　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 代理人 郑平 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 111/08(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 一种海洋结构物的一体化设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种海洋结构物的一体化设计 方法， 属于海洋结构物领域， 综合了优化 设计、 计 算流体力学、 耐波学、 流固耦合、 材料力学、 动力 学、 复合材料力学、 疲劳可靠性、 制造工艺学等学 科知识， 以钢铁、 纤维增强复合材料为主要材料， 进行多学科多目标的材料、 结构、 性能、 制造一体 化设计。 相比于传统的串联式设计流程， 本发明 可以实现多部门的并行设计和模块化设计， 降低 设计成本， 提高工作效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114417523 A 2022.04.29 CN 114417523 A 1.一种海洋结构物的一体化设计方法， 其特 征在于， 包括： 建立海洋结构设计专家知识库， 基于该知识库建立海洋结构物的概念设计模型， 以复 合材料和钢 材为材料， 对结构模型中复合材料区域和钢 材区域进行区域分割处理， 得到分 割模型； 两个区域的体积满足式(1)的关系： 式中， Ec为复合材料的平均纵向弹性模 量， Es为钢材的弹性模 量， Vci为第i个复合材料区 域的体积， Vsj为第j个钢材区域的体积， ωi为第i个复合材 料区域的加权因子； 确定海洋结构物的应用海域的浪、 流、 风载荷的功率谱， 换算得到结构所受的时域载 荷， 对所述分割模型进行拓扑优化， 得到 拓扑优化结果； 根据拓扑优化结果， 建立海洋结构物的精细化模型， 对复合材料区域和钢材区域进行 精细化划分； 采用海洋结构物 的精细化模型进行多工况仿真模拟； 对仿真结果进行灵敏度分析， 确 定对性能影响大的敏感设计参数； 以所述敏感设计参数作为自变量， 以成本、 可制造工艺性、 浮动稳定性作为约束条件， 构建材料重量最小、 强度刚度最大、 水动力性最优、 使用寿命最长的多目标函数， 进行多目 标优化计算， 获得非劣解 集； 以强度最大和稳定性 最好为条件来筛 选出最终的参数 结果； 采用结构物模型的水池实验， 测试结构的变形和水动力性性能， 对参数模型进行验证， 判断是否满足设计要求， 如果满足， 则输出参数模 型， 进行生产建造； 如果不满足， 则对分割 模型进行修改， 重复后续 步骤， 直至满足设计要求。 2.如权利要求1所述的海洋结构物的一体化设计方法， 其特征在于， 拓扑优化中， 体积 保留百分比为6 0％， 刚度最大。 3.如权利要求1所述的海洋结构物的一体化设计方法， 其特征在于， 所述多工况仿真模 拟包括： 流固耦合仿真、 疲劳仿真、 关键 部位子结构拉压弯仿真。 4.如权利要求3所述的海洋结构物的一体化设计方法， 其特征在于， 流固耦合仿真中， 最小网格尺寸 为薄壳结构厚度的一半。 5.如权利要求1所述的海洋结构物的一体化设计方法， 其特征在于， 仿真中， 使用威布 尔概率本构模型和失效准则。 6.如权利要求5所述的海洋结构物的一体化设计方法， 其特征在于， 在本构模型中把模 量改为服从威布尔概率分布的函数， 在失效准则中把 失效应变改为服从威布尔概率分布的 函数。 7.如权利要求1所述的海洋结构物的一体化设计方法， 其特征在于， 所述结构物模型的 水池实验为基于弗劳德相似定律缩比后的结构物模型的水池实验。 8.一种海洋结构物的一体化设计系统， 其特 征在于， 包括： 分割模块， 被配置为建立海洋结构设计专家知识库， 基于该知识库建立海洋结构物的 概念设计模型， 以复合材料和钢 材为材料， 对结构模型中复合材料区域和钢 材区域进行区权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114417523 A 2域分割处 理， 得到分割模型； 优化模块， 被配置为确定海洋结构物的应用海域的浪、 流、 风载荷的功率谱， 换算得到 结构所受的时域载荷， 对所述分割模型进行拓扑优化， 得到 拓扑优化结果； 精细化划分模块， 被配置为根据拓扑优化结果， 建立海洋结构物的精细化模型， 对复合 材料区域和钢材区域进行精细化划分； 仿真模块， 被配置为采用海洋结构物的精细化模型进行多工况仿真模拟； 对仿真结果 进行灵敏度分析， 确定对性能影响大的敏感设计参数； 计算模块， 被配置为以所述敏感设计参数作为自变量， 以成本、 可制造工艺性、 浮动稳 定性作为约束条件， 构建材料重量最小、 强度刚度最大、 水动力性最优、 使用寿命最长的多 目标函数， 进 行多目标优化计算， 获得非劣解集； 以强度最大和稳定性最好为条件来筛选出 最终的参数 结果； 验证模块， 被配置为采用结构物模型的水池实验， 测试结构的变形和水动力性性能， 对 参数模型进 行验证， 判断是否满足设计要求， 如果满足， 则输出参数模 型， 进行生产建造； 如 果不满足， 则对分割模型进行修改， 重复后续 步骤， 直至满足设计要求。 9.一种终端设备， 其包括处理器和计算机可读存储介质， 处理器用于实现各指令； 计算 机可读存储介质用于存储多条指令， 其特征在于， 所述指令适用于由处理器加载并执行权 利要求1‑7任一项所述的海洋结构物的一体化设计方法。 10.一种海洋结构物的一体化设计的控制器， 其特征在于， 所述控制器被配置为执行上 述权利要求1 ‑7任一项所述的海洋结构物的一体化设计方法的步骤， 并基于所述方法所确 定的运行的参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114417523 A 3