基于水動力性能的船型多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、海洋油氣勘查是一個高技術(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級海況下能安全作業(yè),對耐波性要求較高;同時,又要滿足船舶在不同作業(yè)海域間的靈活機(jī)動性,對快速性也有較高的要求。因此,該船型的設(shè)計本質(zhì)上是一個存在多個目標(biāo)函數(shù)的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計問題。針對該船型的水動力性能研究,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)計思想,將船型自動變換與生成模塊與各學(xué)科數(shù)值計算模塊相結(jié)合,并集成到ISIGHT多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計平臺中。將設(shè)計船水動力性能指標(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,可以通過幾個主要船型參數(shù)來控制船型的變化,同時又能夠

3、繼承母型船線形的主要特征;通過相應(yīng)的接口模塊,可以將得到的船型輸出到各學(xué)科分析模塊的計算模型,通過調(diào)用相應(yīng)的分析模塊,實現(xiàn)對設(shè)計船的各項性能的數(shù)值計算。對新船型性能的評估,本文直接通過CFD方法進(jìn)行數(shù)值分析,獲取新船型的各項性能指標(biāo)。這得益于船型自動生成系統(tǒng),使設(shè)計問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)驗公式及考慮經(jīng)驗公式的適用范圍,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,通過少量的計算獲取質(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)值計算,提高優(yōu)化過程的執(zhí)行效率。
　　本文將不同的近似模型技術(shù)運(yùn)用到優(yōu)化平臺中來。如第五章實例1單獨考慮設(shè)計船阻力性能的優(yōu)化中,在調(diào)用Shipflow進(jìn)行數(shù)值求解的同時,結(jié)合了高階響應(yīng)面模型技術(shù)來提高系統(tǒng)對優(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域面元法Wasim軟件大量計算得到的耐波性數(shù)據(jù)庫,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)報代理模型。區(qū)別于傳統(tǒng)的通過權(quán)重法將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題進(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,同時優(yōu)化,計及穩(wěn)性和船型變量約束后得到一組Pareto最優(yōu)解集,對解集中的方案進(jìn)行權(quán)衡,便可得到最終設(shè)計方案。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)計領(lǐng)域能夠得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過這樣一個綜合優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計,最終得到的設(shè)計方案