多學科設計優(yōu)化在小水線面雙體船中的研究與應用.pdf

1、小水線面雙體船(Small Water-Plane-Area Twin Hull，SWATH)是上個世紀70年代出現(xiàn)的一種高性能船舶，其集成了潛艇、水翼艇和雙體船的性能優(yōu)點，是一種性能優(yōu)異的新型船舶形式。
　　 在實際工程中，SWATH的設計是一個涉及流體阻力、結(jié)構(gòu)應力、推進動力和控制等方面的復雜問題，其設計過程是一項涵蓋了多學科、多領(lǐng)域分析的綜合系統(tǒng)工程。對于傳統(tǒng)的設計方法，由于方法本身的單學科局限，使得在設計過程中造成SWA

2、TH多學科合理解的缺失，從而不能很好地滿足工程技術(shù)發(fā)展的需求，或由于設計流程在學科之間的反復迭代導致設計周期過長。本文將多學科設計優(yōu)化方法(Multidisciplinary Design Optimization，MDO)引入到SWATH的設計當中，以期克服現(xiàn)有設計方法所存在的不足。
　　 本文探索了MDO方法在SWATH概念設計中的應用途徑，以減少SWATH的每海里油耗量為總體目標，在協(xié)同優(yōu)化(Collaborative O

3、ptimization，CO)算法的建立了系統(tǒng)級與學科級優(yōu)化框架。在SWATH的概念設計中，主要將其分為外形阻力與結(jié)構(gòu)兩個子學科來進行綜合考慮。在多學科模型構(gòu)建過程中，詳細研究了兩個學科在SWATH設計中的分析方法，結(jié)合Solid Works、Fluent和ANSYS等造型和分析工具以及數(shù)值計算方法來獲取各學科內(nèi)設計參量的響應值。
　　 由于在上述兩個學科分析中，參數(shù)值和響應值之間的關(guān)系無法用精確的數(shù)學模型來表達，且模型過于復雜

4、不易于進行優(yōu)化。在本文中，引入了代理模型技術(shù)，在綜合分析常用的三種代理模型優(yōu)缺點的基礎上，選取kriging模型來對參數(shù)值和響應值之間的關(guān)系進行高精度擬合。并將其融合于協(xié)同優(yōu)化框架之中，在系統(tǒng)層面的最底層運用粒子群優(yōu)化算法對目標進行優(yōu)化。最后的結(jié)果表明計算性能良好，該方法使得SWATH的油耗率在原基礎上減小了8.62[％]。
　　 本文的研究工作將新的多學科設計優(yōu)化方法引入到SWATH的概念設計之中，是SWATH設計方法一種新的