基于水動(dòng)力性能的船型多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、海洋油氣勘查是一個(gè)高技術(shù)密集的領(lǐng)域,主要集中在海洋油氣地球物理勘探技術(shù)和海洋油氣鉆探技術(shù)上。高性能深水物探船是海洋油氣勘探、開發(fā)、利用產(chǎn)業(yè)鏈上的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。作為遠(yuǎn)洋船舶,其尺度較小(小于100米),航行于1類航區(qū),在5級(jí)海況下能安全作業(yè),對(duì)耐波性要求較高;同時(shí),又要滿足船舶在不同作業(yè)海域間的靈活機(jī)動(dòng)性,對(duì)快速性也有較高的要求。因此,該船型的設(shè)計(jì)本質(zhì)上是一個(gè)存在多個(gè)目標(biāo)函數(shù)的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。針對(duì)該船型的水動(dòng)力性能研究,目前主要涉及到

2、阻力、耐波性、穩(wěn)性等學(xué)科領(lǐng)域。
　　本文的主要內(nèi)容正是基于多學(xué)科優(yōu)化這一先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想,將船型自動(dòng)變換與生成模塊與各學(xué)科數(shù)值計(jì)算模塊相結(jié)合,并集成到ISIGHT多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)中。將設(shè)計(jì)船水動(dòng)力性能指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo),建立起以阻力、耐波性性能為目標(biāo),以船型參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,考慮了波浪中的穩(wěn)性及耐波性衡準(zhǔn)的船型多學(xué)科綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)擁有一套基于船型參數(shù)的船體幾何外形變換模塊,可以通過(guò)幾個(gè)主要船型參數(shù)來(lái)控制船型的變化,同時(shí)又能夠

3、繼承母型船線形的主要特征;通過(guò)相應(yīng)的接口模塊,可以將得到的船型輸出到各學(xué)科分析模塊的計(jì)算模型,通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的分析模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)船的各項(xiàng)性能的數(shù)值計(jì)算。對(duì)新船型性能的評(píng)估,本文直接通過(guò)CFD方法進(jìn)行數(shù)值分析,獲取新船型的各項(xiàng)性能指標(biāo)。這得益于船型自動(dòng)生成系統(tǒng),使設(shè)計(jì)問(wèn)題的精確度與靈活度得到提升,我們不必花費(fèi)大量精力去搜集相關(guān)船型的經(jīng)驗(yàn)公式及考慮經(jīng)驗(yàn)公式的適用范圍,而可以將主要精力集中在優(yōu)化策略的選取上,例如我們可以利用高精度的學(xué)科分析工

4、具,通過(guò)少量的計(jì)算獲取質(zhì)量較高的船型參數(shù)同各性能指標(biāo)的代理模型,用以取代高精度的數(shù)值計(jì)算,提高優(yōu)化過(guò)程的執(zhí)行效率。
　　本文將不同的近似模型技術(shù)運(yùn)用到優(yōu)化平臺(tái)中來(lái)。如第五章實(shí)例1單獨(dú)考慮設(shè)計(jì)船阻力性能的優(yōu)化中,在調(diào)用Shipflow進(jìn)行數(shù)值求解的同時(shí),結(jié)合了高階響應(yīng)面模型技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)對(duì)優(yōu)化空間的探索效率;第三章中耐波性分析模塊的建立,則是基于已有的三維時(shí)域面元法Wasim軟件大量計(jì)算得到的耐波性數(shù)據(jù)庫(kù),應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的自學(xué)習(xí)功

5、能,建立起基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的耐波性能短期預(yù)報(bào)代理模型。區(qū)別于傳統(tǒng)的通過(guò)權(quán)重法將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解的做法,優(yōu)化方法上本文采用了基于多目標(biāo)的遺傳算法,將阻力和耐波性能綜合考慮,同時(shí)優(yōu)化,計(jì)及穩(wěn)性和船型變量約束后得到一組Pareto最優(yōu)解集,對(duì)解集中的方案進(jìn)行權(quán)衡,便可得到最終設(shè)計(jì)方案。這種多目標(biāo)優(yōu)化算法能夠在復(fù)雜的可行域中搜索到最優(yōu)解,效率高,在船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域能夠得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)綜合優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì),最終得到的設(shè)計(jì)方案