近似理論在船型優(yōu)化中的應(yīng)用研究.pdf

1、多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化是復(fù)雜工程系統(tǒng)全局優(yōu)化設(shè)計的先進(jìn)技術(shù)，已經(jīng)顯示出強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。應(yīng)用多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化和CFD相結(jié)合的方法對船體線型進(jìn)行優(yōu)化是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，同時也是實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能的有效手段之一。目前,船體型線的優(yōu)化主要是通過水動力性能的優(yōu)化來進(jìn)行的,存在優(yōu)化時間過長、優(yōu)化船型難以保證全局最優(yōu)的問題。利用近似理論來構(gòu)造船舶水動力性能的近似模型能夠減少計算量，降低優(yōu)化模型復(fù)雜程度并提高優(yōu)化效率，已成為解決上述問題的有效手段。

2、>　　近似理論的本質(zhì)是利用統(tǒng)計學(xué)理論及最優(yōu)化理論對復(fù)雜問題的特性進(jìn)行整理歸納，進(jìn)而構(gòu)造出復(fù)雜問題的顯式模型或易于計算的隱式模型，通常稱之為近似模型。建立高精確度的近似模型是船型優(yōu)化得以成功實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，而近似模型精確度的影響因素主要由樣本點(diǎn)的選取方法和近似模型的形式兩方面決定。本論文主要針對不同的變量空間形式，就如何選取有代表性的樣本點(diǎn)，提高樣本點(diǎn)的利用效率，構(gòu)建高精確度的近似模型進(jìn)行了理論研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　1.立方體空

3、間中樣本點(diǎn)選取方法
　　基于徑向基函數(shù)的船體曲面修改方法的變量空間為立方體空間，變量之間沒有約束關(guān)系。針對這類變量空間形式，通過對現(xiàn)有選點(diǎn)方式進(jìn)行比較，選擇穩(wěn)健性好的均勻設(shè)計作為樣本點(diǎn)選取方式。從中心化L2-偏差CD2達(dá)到下限的條件及大計算量問題兩方面分析了均勻設(shè)計存在的難題，在此基礎(chǔ)上提出了基于遺傳算法的大樣本點(diǎn)數(shù)均勻設(shè)計方案構(gòu)造方法和基于切割法的多變量小樣本點(diǎn)數(shù)均勻設(shè)計方案構(gòu)造方法，解決了立方體空間中樣本點(diǎn)均勻分布方案的構(gòu)造難

4、題。
　　2.單純形空間中樣本點(diǎn)選取方法
　　基于NURBS的融合方法的變量空間為單純形空間，變量之間要滿足n∑i=1Ci=1的約束條件。現(xiàn)有的單純形—格子設(shè)計和單純形—中心設(shè)計的選點(diǎn)方法對樣本點(diǎn)數(shù)量有嚴(yán)格限制并且大部分樣本點(diǎn)在變量空間的邊界上，對于構(gòu)建船舶性能近似模型來說是很不利的。論文將逆變換方法和立方體空間中樣本點(diǎn)均勻分布方案構(gòu)造方法相結(jié)合，提出了基于遺傳算法的單純形空間大樣本點(diǎn)數(shù)均勻設(shè)計方案構(gòu)造方法，并成功應(yīng)用到船型

5、興波阻力優(yōu)化中。
　　3.基于相關(guān)性原理的動態(tài)樣本點(diǎn)選取方法
　　目前的樣本點(diǎn)選取方法僅考慮變量空間，將變量空間與性能空間割裂開來，沒有考慮變量空間特性對樣本點(diǎn)分布的需求，不能實(shí)現(xiàn)樣本點(diǎn)的“按需分配”，屬于靜態(tài)樣本點(diǎn)選取方法。本論文提出了一種利用性能空間反饋信息的動態(tài)樣本點(diǎn)選取方法，實(shí)現(xiàn)了船舶性能空間對變量空間樣本點(diǎn)分布的指導(dǎo)。通過測試函數(shù)的比較，動態(tài)樣本點(diǎn)選取方法較靜態(tài)樣本點(diǎn)選取方法在構(gòu)建近似模型方面更具優(yōu)勢。最后將該方法