一類中高速單體船航行性能與結(jié)構(gòu)特征的綜合優(yōu)化技術(shù)初步研究.pdf

1、本論文以中高速單體船為主要研究對象，通過對其建立航行性能和結(jié)構(gòu)特征的綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，研究了一種適用于多目標(biāo)，多變量和多約束條件的實際工程問題的優(yōu)化設(shè)計方法，從而開發(fā)了一套穩(wěn)定、有效的船舶優(yōu)化計算軟件。 對船舶而言，其航行性能和結(jié)構(gòu)特性不是兩個孤立的系統(tǒng)，兩者之間是存在一個相互制約的關(guān)系，如果研究人員僅僅只考慮航行性能的優(yōu)化而忽略結(jié)構(gòu)特性的優(yōu)化，那么優(yōu)化出的數(shù)據(jù)都會存在某些缺陷的。而且船舶結(jié)構(gòu)與航行性能是一個非常復(fù)雜的非線性系統(tǒng)

2、，傳統(tǒng)的優(yōu)化手段很難滿足其優(yōu)化精度的需要。遺傳算法的快速發(fā)展使其在船舶上得到廣泛的應(yīng)用，許多學(xué)者將遺傳算法用到船舶快速性、操縱性、耐波性或結(jié)構(gòu)特性上，但將航行性能和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行綜合優(yōu)化的研究相對較少，在高速船上的綜合優(yōu)化更是少。 高速單體船是比較常用的軍用船型，如果實現(xiàn)其航行性能與結(jié)構(gòu)方面的綜合優(yōu)化，不僅可以提高其安全性和經(jīng)濟性，而且可以提高軍船的戰(zhàn)斗力。本課題將遺傳算法與混沌算法進(jìn)行復(fù)合，以適用于多目標(biāo)、多變量和多約束條件的實

3、際工程問題，從而實現(xiàn)典型高速船航行性能與結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的綜合優(yōu)化，不僅可以改善其航行性能，而且具有廣闊的市場前景，這對中高速船來說，將有十分顯著的意義。 首先，根據(jù)中高速單體船特有的航行狀態(tài)，參考了相應(yīng)文獻(xiàn)資料，將海軍系數(shù)公式進(jìn)行簡單改變，使之成為適用于中高速單體船快速性優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。由于高速單體船采用的都是雙軸雙槳的形式，對應(yīng)的螺旋槳敞水效率也可以根據(jù)經(jīng)驗回歸公式得到，而高速單體船的阻力計算采用了《高速方艉型功率預(yù)報方法——基于

4、速度的再回歸》一文中的回歸公式。 接著，建立高速單體船操縱性優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，主要通過直航穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性這兩個指標(biāo)來表示，由于航向改變性和緊急制動不僅與船-槳特性相關(guān)，而且受主機特性和舵角變化的影響，需要較多試驗資料和數(shù)據(jù)來表述，設(shè)計階段預(yù)報和優(yōu)化有一定難度，而且重要度比較低。 然后，從典型高速單體船在海浪中運動的特點出發(fā)，并借鑒現(xiàn)有船舶耐波性分析資料，本文將縱搖角和垂蕩的有義值作為高速單體船耐波性的目標(biāo)函數(shù)，并選擇對應(yīng)的

5、回歸公式。選取相應(yīng)的權(quán)值，將上述三個性能方面目標(biāo)函數(shù)線性加權(quán)，得到航行性能綜合優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。 隨后，查閱相關(guān)圖紙，根據(jù)高速單體船舯剖面結(jié)構(gòu)優(yōu)化的特點和復(fù)雜性，，基于艦船通用設(shè)計規(guī)范（GJB 4000-2000）提取約束條件并以舯剖面縱向構(gòu)件的單位長度重量最輕為目標(biāo)函數(shù)，建立了高速單體船結(jié)構(gòu)力學(xué)特征優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。 其次，選擇相應(yīng)的權(quán)值，將上述兩種目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行線性加權(quán)，得到航行性能和結(jié)構(gòu)力學(xué)特征綜合優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。在選擇

6、算法方面，本文將遺傳算法與混沌算法復(fù)合構(gòu)造了一種遺傳混沌算法，并利用C++語言對其編制了界面友好的VC++軟件。同時對航行性能和結(jié)構(gòu)力學(xué)特征優(yōu)化數(shù)學(xué)模型分別進(jìn)行優(yōu)化計算，保存數(shù)據(jù)結(jié)果。 最后，簡單構(gòu)建了高速單體船的艙段模型，并利用ANSYS軟件中的APDL語言對其進(jìn)行參數(shù)化建模，然后根據(jù)優(yōu)化出的數(shù)據(jù)代入模型計算、分析，從而對優(yōu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析。本文對上述編制并試調(diào)好的程序進(jìn)行封裝，形成一套通用性較強的優(yōu)化計算軟件。

7、本課題編制的航行性能和結(jié)構(gòu)力學(xué)特征綜合優(yōu)化計算程序使用方便，而且只要稍加修改也可以分別用于每個具體航行性能的優(yōu)化設(shè)計、高速單體船舯橫剖面結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化計算等研究；用APDL語言建立的高速單體船中部艙段模型，對基于有限元法的直接計算法來說也是有一定的參考意義。本文中的程序?qū)τ谘芯扛咚賳误w船的初步設(shè)計，具有較大的參考價值。 當(dāng)然，由于論文研究時間和其他要素的限制，本文雖取得了階段性的成果，也存在一些不夠細(xì)致的地方，如：對高速單體船的