船体上存在很多舱口角隅、肘板及开孔局部结构,其几何形状突变,应力集中现象明显,节点结构损伤破坏频发,该类节点的形状优化一直是研究者关注的焦点。同时,新出台的HCSR规范在载荷、强度计算及分析评估方法等方面有了诸多改变,提高了上述结构的强度要求。因而,依据新规范对这些危险程度较高的结构形式进行优化设计十分重要。本文以舱口角隅、肘板及开孔三种结构为例,探究了基于HCSR规范直接计算的形状优化方法。主要的研究内容包括以下几个方面。(1)研究了 PCL语言原理及使用方法,针对舱口角隅、肘板及开孔三种类型的局部结构,结合PCL语言和有限元建模方法,开发了稳定、高效的参数化建模程序,能够按照给定的设计参数,在原有的细网格结构上自动建立精确、高质量的局部结构有限元模型,为结构形状优化提供了建模工具。(2)建立了局部结构形状优化的数学模型,基于Isight优化平台,选取两种高效的全局优化算法搭建了形状优化的集成系统,该系统具有较强的通用性,能够适用于多种形式局部结构的优化工作。(3)采用三舱段整体模型,以局部结构形状控制参数为设计变量,以HCSR规范中描述性要求及屈服强度直接计算要求为约束条件,将局部结构重量和应力集中系数两者结合作为多目标函数,分别采用模拟退火法和多岛遗传算法对目标结构进行形状优化。由于HCSR计算工况数量众多,为提高效率,确定了工况筛选方法并给出目标结构的危险工况。(4)针对整体模型计算效率低的情况,研究了子模型技术的原理,并以舱口角隅结构为例,给出了局部结构子模型范围的选取方法、模型边界约束及外力施加方法。由于采用子模型时,计算速度大大提高,优化效率得以有效提升,优化时的变量选取更加灵活,因而基于子模型法对舱口角隅、肘板和开孔结构进行形状优化时,将板厚等因素纳入设计变量,形成形状与尺寸的组合优化方法。经优化,得到了各结构的最优设计方案和各结构的应力集中系数图谱,可作为设计参考。