基于水動力性能的船型多學科優(yōu)化設計.pdf

1、海洋油氣勘查是一個高技術密集的領域,主要集中在海洋油氣地球物理勘探技術和海洋油氣鉆探技術上。高性能深水物探船是海洋油氣勘探、開發(fā)、利用產業(yè)鏈上的一個重要環(huán)節(jié)。作為遠洋船舶,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)海域間的靈活機動性,對快速性也有較高的要求。因此,該船型的設計本質上是一個存在多個目標函數的多學科優(yōu)化設計問題。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)性等學科領域。
　　本文的主要內容正是基于多學科優(yōu)化這一先進的設計思想,將船型自動變換與生成模塊與各學科數值計算模塊相結合,并集成到ISIGHT多學科優(yōu)化設計平臺中。將設計船水動力性能指標作為優(yōu)化目標,建立起以阻力、耐波性性能為目標,以船型參數為設計變量,考慮了波浪中的穩(wěn)性及耐波性衡準的船型多學科綜合優(yōu)化設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)擁有一套基于船型參數的船體幾何外形變換模塊,可以通過幾個主要船型參數來控制船型的變化,同時又能夠

3、繼承母型船線形的主要特征;通過相應的接口模塊,可以將得到的船型輸出到各學科分析模塊的計算模型,通過調用相應的分析模塊,實現對設計船的各項性能的數值計算。對新船型性能的評估,本文直接通過CFD方法進行數值分析,獲取新船型的各項性能指標。這得益于船型自動生成系統(tǒng),使設計問題的精確度與靈活度得到提升,我們不必花費大量精力去搜集相關船型的經驗公式及考慮經驗公式的適用范圍,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科分析工

4、具,通過少量的計算獲取質量較高的船型參數同各性能指標的代理模型,用以取代高精度的數值計算,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運用到優(yōu)化平臺中來。如第五章實例1單獨考慮設計船阻力性能的優(yōu)化中,在調用Shipflow進行數值求解的同時,結合了高階響應面模型技術來提高系統(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據庫,應用神經網絡模型的自學習功

5、能,建立起基于神經網絡的耐波性能短期預報代理模型。區(qū)別于傳統(tǒng)的通過權重法將多目標問題轉化為單目標優(yōu)化問題進行求解的做法,優(yōu)化方法上本文采用了基于多目標的遺傳算法,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,對解集中的方案進行權衡,便可得到最終設計方案。這種多目標優(yōu)化算法能夠在復雜的可行域中搜索到最優(yōu)解,效率高,在船舶設計領域能夠得到廣泛應用。經過這樣一個綜合優(yōu)化系統(tǒng)的設計,最終得到的設計方案