多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化在小水線面雙體船中的研究與應(yīng)用.pdf

1、小水線面雙體船(Small Water-Plane-Area Twin Hull，SWATH)是上個(gè)世紀(jì)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(diǎn)，是一種性能優(yōu)異的新型船舶形式。
　　 在實(shí)際工程中，SWATH的設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及流體阻力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、推進(jìn)動(dòng)力和控制等方面的復(fù)雜問題，其設(shè)計(jì)過程是一項(xiàng)涵蓋了多學(xué)科、多領(lǐng)域分析的綜合系統(tǒng)工程。對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，由于方法本身的單學(xué)科局限，使得在設(shè)計(jì)過程中造成SWA

2、TH多學(xué)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(shè)計(jì)流程在學(xué)科之間的反復(fù)迭代導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期過長(zhǎng)。本文將多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法(Multidisciplinary Design Optimization，MDO)引入到SWATH的設(shè)計(jì)當(dāng)中，以期克服現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法所存在的不足。
　　 本文探索了MDO方法在SWATH概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用途徑，以減少SWATH的每海里油耗量為總體目標(biāo)，在協(xié)同優(yōu)化(Collaborative O

3、ptimization，CO)算法的建立了系統(tǒng)級(jí)與學(xué)科級(jí)優(yōu)化框架。在SWATH的概念設(shè)計(jì)中，主要將其分為外形阻力與結(jié)構(gòu)兩個(gè)子學(xué)科來進(jìn)行綜合考慮。在多學(xué)科模型構(gòu)建過程中，詳細(xì)研究了兩個(gè)學(xué)科在SWATH設(shè)計(jì)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(jì)算方法來獲取各學(xué)科內(nèi)設(shè)計(jì)參量的響應(yīng)值。
　　 由于在上述兩個(gè)學(xué)科分析中，參數(shù)值和響應(yīng)值之間的關(guān)系無法用精確的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)，且模型過于復(fù)雜

4、不易于進(jìn)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(diǎn)的基礎(chǔ)上，選取kriging模型來對(duì)參數(shù)值和響應(yīng)值之間的關(guān)系進(jìn)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(yùn)用粒子群優(yōu)化算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。最后的結(jié)果表明計(jì)算性能良好，該方法使得SWATH的油耗率在原基礎(chǔ)上減小了8.62[％]。
　　 本文的研究工作將新的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法引入到SWATH的概念設(shè)計(jì)之中，是SWATH設(shè)計(jì)方法一種新的