基于TRIZ理论的双燃料超大型油轮结构优化研究
基于直接计算法的超大型油船整体舱段结构优化
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中
国
造
船
学 术 论 文
（ ） 择 和设计 高效 的优 化算 法 。 舶 的结构 优化 实质 上属 于组 合优 化 问题 ， 多变 量 的整体 舱段 结构 ３选 船 对 优 化 而 言 ， 属 于 ＮＰ困难 问题 ， 又 而能够 解 决 ＮＰ困难 问题 的优化 算 法 目前 还 处于 发 展 阶段 ， 于特 定 对 的优化 问题 ， 般还 需要 加入 设计 经验 才能得 到 较好 的优化 结果 。 一 考虑 到上 述的 困难 ， 本文 提 出一种 综合有 限元 法 、 均匀 设计 、 经 网络 等 方法 和理论 的优 化方 案 ， 神 对 大型 油船 立体舱 段结 构优 化进 行 了研究 。
研 究 。建 立 了舱 段 结 构 强 度 评 估 的 参 数 化 有 限元 平 台 ； 建 了用 于 试 验 的均 匀 设 计 表 ， 计 了 １ １次 试验 ， 构 设 ７ 将 之代 入 有 限元 平 台进 行 计 算 ， 到 了用 于 神 经 网络 训 练 的样 本 对 ， 而 建 立 了设 计 变 量 和 目标 函数 及 应 力 响 得 从 应 的 神 经 网 络 响 应 面 。 按 照 一般 的优 化 流 程 ， 用 离 散 粒 子 群 算 法 ， 采 对某 ３ Ｏ万 ｔ 大 型 油 船 舱 段 整 体 结 构 进 超 行 了优 化 设 计 。优 化 结 果 表 明该 方 案 是 可 行 的 ， 理 的 ， 以 大 大 缩 短 直 接计 算 消 耗 的 机 时 。 合 可
一
项 有难度 的复杂 工作 。
（ ） 造合 理 的优化 方案 。 杂结 构 的多工 况有 限元 计算 是一 项非 常耗 时 的工作 ， ２构 复 而优 化过 程 又需
基于有限元的整船结构多学科设计优化
基 于 有 限元 的整 船 结构 多学科 设计 优 化
潘彬 彬 ，崔 维 成
（ 中国船舶科 学研究 中心，江苏 无锡 ２ ４ ８ １０ ２）
摘
要
目前在同时考虑舰船水 动力性能和结构性能的多学科设计优化模型 中，水动力性 能和结构性 能的预报通 常只能采用精度较低的经验公 式。为 了提 高多学科 设计优化模型的计算精度，必须要实现的技术就是将舰船
表面承受 １ ０ＭＰ 的压力（ ．８ ａ ５ 对应 １０ ５ 米水深） 。根据规范校核强度 ，该压力容器的圆柱壳的设计板厚要 满足的条件是壳体的周向应力计算值不得小于许用值 ［ ：０ ５ 口 ： ２． Ｍ ａ 】 ． × ４ ９ ５ Ｐ 。该问题是一个对称 ８ ２
问题 ，只须 取耐压 壳 的 ｌ ／ Ａｎｙ ４在 ｓｓ内建 立模 型 。根据 提供 的实 际情 况 ，两端 盖很 厚 ，应 该主要考 虑 中
重 点研 究 了在多学科 设计优化 框架 中集成有 限元软件 进行 结构优化 的技术 。
通 用有 限元 软件 已逐渐 成 为船舶 结 构分析 的主要手 段 ，其 中 Ａ ｓｓ 目前广 泛运 用 的软件 之一 ， ｎｙ 是
收稿 日期 ：２０ －３１：修 改稿收稿 日期 ：２ １．２０ ０９０ ．０ ０ ００．３
水动力性能预报依赖于 Ｃ Ｄ 的分析和将结构性 能预报依赖 于有 限元的分析。 Ｆ 重点研 究 了在多学科设计优 化框
架中集成有限元软件进行 结构优化的技术 。 首先 以一个简单的耐压 圆柱壳为例子 ， 介绍 了ｉＩ Ｔ调用 Ａｎｙ ＳＧＨ ｓｓ 进行包括参数化建模在 内的结构优化的流程 然后对某船 的整船有限元分析模型进行 了整船结构优化研 究。 由于该船的整船结构有限元模型包含 ２２个板和梁的属性 ，优化模 型的设计变量很多，超 出了目前很多优化 ０
基于TRIZ理论的双燃料超大型油轮结构优化研究
基于TRIZ理论的双燃料超大型油轮结构优化研究TRIZ（理论发展、综合、创新）是一种基于俄罗斯发明家Altshuller提出的创新理论方法。
它包含了一系列的原则和工具，能够帮助工程师在解决问题和创新设计时发现新的解决方案。
本文基于TRIZ理论，对双燃料超大型油轮的结构进行优化研究。
双燃料超大型油轮是一种能够使用传统燃料和液化天然气两种燃料的船舶。
它具有较低的污染排放和较高的能源利用效率，因此在能源环保方面具有较大的优势。
双燃料超大型油轮的结构设计存在一些问题，比如燃料储存和转换系统的复杂性、系统重量和体积的增加等。
在进行结构优化研究时，可以运用TRIZ理论中的一些原则和工具。
可以应用“分离原理”，即将燃料储存和转换系统分离出来，减少系统的复杂性。
这可以通过将燃料储存和转换设备集中在船舶的某一侧，并通过管道将燃料输送到需要的位置来实现。
这样可以减少系统的管道布置和连接数量，降低系统实施的复杂性。
可以应用“替代原理”，即使用新的材料和技术替代原有的材料和技术。
可以使用轻质的高强度材料替代原有的重质材料，如使用高强度复合材料替代钢铁材料。
这样可以减轻船舶的重量，提高船舶的载货能力和航行速度。
还可以应用“逆向原理”，即逐步逆向思考问题的解决方法。
在燃料储存和转换系统设计中，可以首先确定需要的功能和性能要求，然后逆向思考如何实现这些要求。
这样可以帮助工程师发现新的解决方案，比如使用新的设备和技术，以及改变原有的设计思路。
还可以应用“空间原理”，即利用空间的合理布局来实现优化设计。
可以将燃料储存和转换设备布置在船舶的低温区域或船舶的底部，以提高设备的性能和效率。
还可以利用船舶的空余空间，如舱室和甲板来容纳燃料储存和转换设备，以减少系统的重量和体积。
基于TRIZ理论的双燃料超大型油轮结构优化研究可以采用分离原理、替代原理、逆向原理和空间原理等原则和工具，以发现新的解决方案并优化设计。
还可以运用其他TRIZ工具，如矛盾矩阵和技术演化法等，进行更深入的研究和分析，以提高双燃料超大型油轮的性能和经济效益。
一种基于TRIZ理论改进的高压主机LNG燃料供气系统
一种基于TRIZ理论改进的高压主机LNG燃料供气系统【摘要】本研究基于TRIZ理论改进了高压主机LNG燃料供气系统，通过分析存在问题并提出改进方法，设计出了改进后的系统。
文章首先介绍了TRIZ理论和高压主机LNG燃料供气系统的概述，然后分析了系统存在的问题，并提出了改进方法。
通过改进设计，系统的性能得到了显著提升，改进效果也得到了评估。
未来展望中，研究者表示需要进一步完善系统设计，提高系统的稳定性和效率。
这项研究对提升高压主机LNG燃料供气系统的性能具有积极意义，有望在未来的相关领域得到广泛应用和推广。
【关键词】TRIZ理论、高压主机、LNG、燃料供气系统、改进、设计、效果评估、未来展望1. 引言1.1 研究背景高压主机LNG燃料供气系统是目前在船舶、汽车等领域广泛使用的燃料供气系统，其具有燃烧效率高、环保、安全等优点。
随着社会经济的快速发展，对燃料供气系统的性能和效率要求也在不断提高。
对高压主机LNG燃料供气系统进行改进和优化已成为当前研究的热点之一。
目前，传统的高压主机LNG燃料供气系统存在着诸多问题，如燃料供气不稳定、耗能高、易产生振动噪音等。
为了提高系统的性能和效率，需要针对这些问题进行深入分析，并采取有效的改进措施。
本研究将基于TRIZ理论对高压主机LNG燃料供气系统进行改进，旨在提高系统的稳定性、降低能耗、减少振动噪音。
这不仅有助于提升系统的整体性能，还能满足未来燃料供气系统在环保、安全等方面的要求，具有重要的现实意义和应用价值。
1.2 研究意义高压主机LNG燃料供气系统是一种关键的能源输送系统，在液化天然气行业具有重要的应用价值。
研究对这一系统的改进具有重要的意义。
改进高压主机LNG燃料供气系统可以提高系统的效能，增加系统的稳定性和可靠性，降低系统的维护成本，从而提高系统的整体性能。
通过基于TRIZ理论的改进方法，不仅可以解决系统的现有问题，还可以为未来系统的设计提供更好的指导和方向。
大型油轮能效设计指数计算与优化分析
（ ８ ）Ｐ 厂 是指 由于采 用了创新能效技术而 减少的主机 功率 。
（ ９ ）Ｐ Ｐ Ｔ 。 一 每 一 台轴 带 发 电机 的 ７ ５ ％输 出 功率 除 以 该 发 电机 的 转 换 效 率 。 Ｅ ＥＤＩ 涉 及 的船 舶 功 率 图见 下 图 １ 。
＋● ●０
船 舶 能 效 设 计 指 数 是 衡 量 船 舶 能 效 水 平 的一 个 标 准 ，利 用船 舶 营运 过 程 Ｃ Ｏ。 排 放 量 和 货 运 能 力 的 比值 表 示 船 舶 的能 效 ，具 体表 达 式Ｐ Ｍ Ｅ（ ｉ ） 一每 台主机 的额定装机 功率减去安装的轴带
发 电机 功 率 后 的 ７ ５ ％。 公 式如 下 ： Ｐ Ｍ Ｅ ｆ ｉ ） ＝ ０ ． ７ ５ Ｘ（ ＭＣ Ｒ— Ｐ Ｐ Ｔ ｏ
（ ｉ ）） 。
图１ Ｅ Ｅ Ｄ Ｉ 涉 及 的船 舶 功 率 （ １ ０ ）Ｓ Ｆ Ｃ 一 发 动机 经 核 定 的 特 定 燃 油 消 耗 量 。 （ １ １ ）ｆ 厂 装 载 量 修 正 系 数 ，补 偿 船 舶 装 载 量 因规 定 和 技 术 而 限制 的部 分 。 如 无 需 考 虑 次 因素 的 限 制 ，可 以 假 设 系 数为 １ ． ０ 。 （ １ ２ ）ｆ ｊ 一 冰 区加 强 修 正 系 数 ，无 冰 区加 强 取 为 １ ． ０ 。
第 １ ３卷 第 １ １ 期
２ ０１ ３证
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Ｎｏ ｖｅ ｍｂ ｅｒ
Ｎｏ． １ １
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Ｏｈ ｉ ｎ ａ Ｗａ ｔｅｒ Ｔｒ ａ ｎｓ ｐｏｒ ｔ
大型油轮能效设 计指数计算与优 化分析
超大型集装箱船能效设计指数优化研究
关键 词 ：Ｅ Ｅ ＤＩ ；船 型优 化 ；阻 力 ；折 减 系数
中 图 分 类 号 ：Ｕ ６ ６ １ ． ３
文 献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ４ ０ ４ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ —７ ６ １ ９ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ５ ． ０ １ ２
高新 船舶 与深海 开发 装备 协 同创新 中心 ，上 海 ２ ０ ０ ２ ４ ０ ）
摘 要 ：采用船型优化 方法就超大 型集装 箱船 １ ０ ０ ０ ０ Ｔ Ｅ Ｕ的能效设计指数 （ Ｅ Ｅ Ｄ Ｉ ）进行 优化 。文 中以降低 对
主 机 功 率 的需 求 、提 高 能 效 设 计 水 平 为 目标 ，优 化 该 超 大 型 集 装 箱 船 的 阻 力 性 能 。优 化 时 利 用 平 移 法 和 径 向基 函 数 方 法 进 行 船 体 曲 面 重 构 ，并 分 别 采 用 基 于 Ｒ ａ ｎ ｋ ｉ ｎ ｅ源 非 线 性 势 流 理 论 和 边 界 层 动 量 积 分 计 算 兴 波 阻力 和 摩 擦 阻 力 ，
ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｈｅ ｔ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｌ ｅ ｖ ｅ １ ． Ｄｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｆ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ｓ ｒｅ ａ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｏ ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｙ ｈｅ ｔ ｈ ｕ ｌ ｌ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ； ｈｅ ｔ ｃ ａ ｌ ｍ— ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｒ ｄ ｒ ｇ ｉ ｓ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｍ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｄ ｒ ａ ｇ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｒａ ｎ ｋ ｉ ｎ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｎｄ ａ ｈｅ ｔ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｒ ａ ｇ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｂ ｙ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｙ ｒ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｍｏ ｍｅ ｎ ｍｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｌ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ． Ｆ ｉ 用遗传算法 （ ＮＳ Ｇ Ａ ． Ｉ Ｉ ）和序列二次规划 算法 （ Ｎ Ｌ Ｐ Ｑ Ｌ）在设 计空 间中探 索满足约束条 件的阻力最优 船
基于TRIZ理论的双燃料超大型油轮结构优化研究
基于TRIZ理论的双燃料超大型油轮结构优化研究
随着全球经济的快速发展，国际海运业的发展也越来越快速，油轮逐渐成为国际海运运输中一种重要的交通运输工具。
然而，由于船舶的体积和载货量都很大，在设计和运营过程中面临着许多问题。
其中，油轮的燃油消耗一直是一个影响油轮经济效益和环境保护的重要问题。
传统油轮通常使用单一的燃料，如重油，但重油不仅具有比较高的价格，在燃烧过程中还会产生大量的污染物，如二氧化硫、氧化氮等，对环境产生了极大的危害。
为了解决这一难题，双燃料油轮逐渐成为了一种热门的选择。
双燃料油轮除了使用传统的重油外，还可以使用LNG（液化天然气）等清洁能源，从而提高油轮的经济效益，同时降低环境污染。
本文通过应用TRIZ理论，对双燃料超大型油轮的结构进行了优化研究。
首先，对燃油消耗的主要影响因素进行了分析，包括油轮的结构、航行状态、气候环境等因素。
其次，针对重油燃烧产生的污染问题，提出了替代方案，即通过在油轮上安装LNG发动机，实现双燃料运行。
此外，还可以将船体结构进行优化，采用更轻量化、更节能的材料，减少油轮自身的重量，从而降低油轮的能耗和碳排放量。
在研究中，还需要考虑油轮运行中出现的一些实际问题，如双燃料过渡、储气罐的设计和安装、LNG加注等。
与此同时，还需要考虑不同海域的气候环境变化对油轮性能的影响，以确保双燃料超大型油轮在不同的环境条件下均能有效运行。
综上所述，通过应用TRIZ理论，可以优化双燃料超大型油轮的结构，提高油轮的经济效益和环境保护水平。
在实际应用中，需要考虑如何解决实际问题和不同海域环境变化等挑战。
一种基于TRIZ理论改进的高压主机LNG燃料供气系统
一种基于TRIZ理论改进的高压主机LNG燃料供气系统随着LNG（液化天然气）在能源领域的不断发展，LNG燃料供气系统逐渐成为船舶、汽车等交通工具的主要动力系统之一。
而高压主机是LNG燃料供气系统的重要组成部分，其性能和效率直接影响着整个供气系统的工作稳定性和安全性。
本文将介绍一种基于TRIZ理论改进的高压主机LNG燃料供气系统，通过应用TRIZ理论，对高压主机进行改进，提高其效率和性能，从而满足现代交通工具对LNG燃料供气系统的需求。
一、高压主机LNG燃料供气系统的现状LNG燃料供气系统是一种将液化天然气转化为燃气供给发动机燃烧的系统，其工作原理是通过高压主机将LNG从储罐中抽出并升压至适合发动机使用的压力。
当前高压主机存在的问题主要包括以下几个方面：1. 低效率：传统的高压主机存在能量损失大、效率低的问题，使得整个供气系统的能量利用率不高；2. 安全隐患：运行过程中存在爆炸、泄漏等安全隐患，一旦发生事故会对环境和人身造成危害；3. 维护难度大：组件繁多、维护周期短、维修难度大，给系统维护带来困难。
针对以上问题，我们需要对高压主机LNG燃料供气系统进行改进，提高其效率和安全性，降低维护成本，从而满足现代交通工具对LNG燃料供气系统的需求。
TRIZ理论是一种通过对问题进行系统分析和系统创新，找出问题的本质，并寻找解决问题的新方法的创新理论。
通过应用TRIZ理论，我们可以针对高压主机LNG燃料供气系统的问题提出改进方案。
1. 利用分析与改进工具，找出高压主机现有的瓶颈我们需要分析现有高压主机在工作过程中存在的问题和瓶颈，比如能量损失、安全隐患、维护难度等。
通过TRIZ理论中的问题分析和改进工具，找出这些问题的本质，确定需要改进的方向。
2. 引入新技术，提高高压主机的效率和安全性在分析了高压主机的问题后，我们可以引入新的技术和方法，例如使用先进的隔热材料和高效的压缩机，减少能量损失、提高效率；采用智能监控系统和安全阀门，增强安全性能；设计模块化组件，简化维护流程，降低维护成本。
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基于TRIZ理论的双燃料超大型油轮结构优化研究
随着全球经济的不断发展和能源需求的增长，油轮作为重要的能源运输工具，承载着世界各地的石油和天然气资源，发挥着不可替代的作用。
油轮在运输过程中不仅需要考虑能源消耗和环境污染问题，也需要面对海上气候恶劣条件和运输安全等挑战。
如何优化油轮的结构设计，提高其运输效率和安全性，成为了当前油轮设计领域面临的重要问题之一。
本研究针对双燃料超大型油轮的结构优化进行了深入研究，采用TRIZ理论和方法，通过对油轮传统结构进行改进，以期取得更好的性能和效益。
TRIZ是由前苏联工程师Altshuller在20世纪50年代基于40,000多项专利研究总结出的一套系统性创新方法，倡导使用系统化以及科学化的方法解决工程领域的问题，追求创新、效率和可持续发展。
双燃料超大型油轮的结构优化需要考虑到的问题包括但不限于以下几个方面：船体结构设计、动力系统优化、货舱设计、排放控制等。
在进行结构优化时，我们考虑了以下几个关键的设计指标：节能降耗、环保减排、安全航行以及航行效率。
在船体结构设计方面，我们针对现有的油轮结构，通过TRIZ的反向思考法则和40个原则进行了分析，提出了一些具有启发意义的设计思路。
可以考虑采用多层碳纤维增强塑料作为船体材料，以提高船体强度和减轻自重；可以采用空心结构设计，降低船舶的波浪阻力，提高航行效率；可以采用防锈涂料和防腐蚀材料，延长船体使用寿命。
这些设计思路在提高船体结构强度和耐用性的也有利于降低船舶的运输能耗和维护成本。
在动力系统优化方面，我们提出了采用双燃料动力系统的设计思路，即同时使用燃油和天然气两种燃料。
在TRIZ的指导下，我们充分考虑了双燃料系统的优势和挑战，确定了适合油轮的双燃料系统的设计方案。
通过对发动机的改进和燃料供给系统的优化，我们实现了油轮在不同条件下能够灵活切换燃料，保证了航行的安全可靠性和节能环保性。
在货舱设计方面，我们通过TRIZ的系统化思维方法，对货舱结构进行了重新设计。
我们充分考虑了货舱的装载效率、货品存放安全性和操作便利性等指标，提出了一种新型的自适应货舱设计方案。
通过对货舱内部结构和货物装载方式的改进，我们有效提高了货舱的装载率和运输效率，减少了装卸作业时间和人工成本。
在排放控制方面，我们综合考虑了油轮的海上环境影响和严格的排放标准，提出了一种集成式的排放控制系统设计方案。
通过引入尾气净化装置、污水处理系统和垃圾处理设施等技术手段，我们有效减少了油轮对海洋环境的污染，提高了海上能源运输的可持续性。
本研究采用TRIZ理论对双燃料超大型油轮的结构进行了优化研究，提出了一系列新颖的设计思路和方案。
通过对船体结构、动力系统、货舱设计和排放控制等方面的优化，我
们显著提高了油轮的运输效率和能源利用效率，减少了海洋环境的污染和船舶运营成本，提高了船舶的安全性和航行可靠性。
这些研究成果对于现代油轮设计和生产具有一定的参考意义，并将为未来油轮的结构优化提供新的思路和方法。