高效优化算法在船舶力学中的应用研究

作为一种贝叶斯优化算法,高效全局优化算法(EGO)利用克里格模型来构造近似模型,并采用样本填充准则以寻找下一个样本点来更新近似模型.文中详细介绍了该优化算法,并将其应用于船舶力学的两个典型优化例子.其中一个是潜艇的多学科概念设计,考虑了水动力、推进、重量、性能和成本5个学科;另外一个是屈曲状态下加筋板的优化问题.与传统优化相比,高效全局优化算法不仅收敛到全局最优解,而且更加有效.结果表明高效优化算法非常适用于船舶力学中的优化问题.     

一种基于克隆选择的量子遗传函数优化算法

为了解决量子遗传算法(QGA)用于连续多峰函数优化易陷入局部极值的问题,将免疫学中的克隆选择算法的概念和原理引入到量子遗传算法中,提出了一种新型的进化算法——基于克隆选择的量子遗传函数优化算法.该算法通过克隆选择、高斯变异以及量子旋转门等操作对可行解进行搜索,提高了算法在解决函数优化问题的全局寻优能力。典型函数的测试结果表明该算法优于传统的QGA和一些遗传算法。     

微分群体智能算法在船舶结构混合变量优化中的应用

船舶结构优化设计问题通常是一个包含混合变量的约束优化问题.常用的优化方法是采用遗传算法结合惩罚函数法,但遗传算法的人工参数多,算法复杂,惩罚因子选取困难.该文中把适合约束优化问题的微分群体算法DS(Differential Swarm)进行了改进并用于混合变量的结构优化问题中,对多个工程实例的计算表明,新算法的结果好于已知文献中的最好结果,并得到了以往未发现的新解.DS算法参数少,算法表达简单,全局优化能力强,精度高,在工程中有较大应用前景.     

基于遗传算法和神经网络的舰船电子装备备件优化模型研究

针对舰船电子装备备件优化问题,分析了遗传算法和神经网络,利用遗传算法全局搜索能力强的优点,对神经网络进行优化,研究基于遗传算法和神经网络的混合遗传算法,并建立了基于遗传算法和神经网络的舰船电子装备备件优化模型.通过实例,该模型可有效提高备件优化的速度和精度.     

基于蚁群算法的船台吊装网络优化技术研究

船台吊装网络优化涉及到船台设备和吊装工艺的双重约束,是一种典型的NP难题.根据船厂制造网络优化的需求,提出了一种适合蚁群算法的船台网络模型,在此基础上实现了船台网络优化的蚁群算法,以实现吊装进度安排的优化.该方法具有蚁群算法的全局优化特点,可以很好的解决实际工程问题,最后通过一个算例,进一步说明了这种方法对于解决船台吊装网络优化问题的有效性.     

基于量子行为粒子群算法的可测试性设计方法

将量子行为粒子群算法用于复杂电子设备测试点选取问题中.该算法以最少的测试点、测试代价和最大的故障隔离率、检测率为目标定义粒子适应度函数,保证了算法的全局最优性能.仿真结果表明,与其他算法相比,量子行为粒子群算法提高了测试点选取的效率,能较好的保证其算法全局最优性能,为粒子群算法的改进和多目标优化问题提供了新的思路.     

加速混沌优化算法的改进及其在船型论证中的应用

利用混沌运动所特有的随机性、遍历性和规律性,对加速混沌优化算法进行一些改进,提高了混沌优化算法的收敛速度和精确性.改进的加速混沌优化算法利用混沌运动的性质,同时不断缩小变量的搜索空间,在混沌优化搜索过程中,以具有一定保证的当前最优解为中心,不断地缩小优化变量的搜索区间,调整细化参数,促使搜索能够更快、更有效地向全局最优解收敛.将该改进算法应用到具体的船型论证中,不仅证明了该改进算法简单,容易实现,具有较高的收敛速度和可靠性,而且具有较高的寻优精度和较少的优化迭代次数,也体现了该算法在船型论证领域中的实用性和有效性.     

改进的MODSA算法在船型优化中的应用

针对传统智能优化算法处理高维优化问题时易陷入局部最优解且优化效率低的问题,文章采用近几年提出的基于模型的动态抽样分配(MODSA)算法作为研究对象,该算法具有处理高维优化问题的潜力,但对某些复杂高维问题很难搜索到全局最优解。为避免MODSA算法陷入局部最优解,采用多元正态分布作为抽样分布并推导相应参数更新式;为进一步提升该算法的优化效率,采用均匀设计确定初始抽样分布的期望值并通过Sigma管理水平自适应确定初始方差。通过数值函数测试结果表明:改进的MODSA算法具有更好的优化性能。最后,将改进的MODSA算法应用于5100TEU集装箱船兴波阻力性能优化。     

一种新的多学科协同优化方法及其工程应用

本文提出了一种新的多学科设计协同优化方法,并将其应用于潜艇分舱设计中.该方法在系统级通过学科级耦合变量的折中来得到系统级耦合变量,采用各学科级目标函数加权和来综合评价设计的优劣,避免了系统级优化过程,解决了标准协同优化算法系统级优化前期不收敛的不足,从而改善了数值稳定性,同时减少了总的计算迭代次数;在学科级目标函数中构建一致性惩罚函数,最终实现耦合变量之间的协调;在约束条件中实施变精度控制,逐步达到预期的精度要求,从而提高收敛性,并减少计算量.本文给出了新算法所得全局最优点即为所求原问题全局最优点的理论证明,并针对典型减速齿轮箱多学科设计优化问题,通过与标准协同优化算法在数值实验中的对比分析,验证了本方法在计算结果的收敛性、数值稳定性及可靠性等方面有优越性,最后通过在潜艇分舱设计中的应用体现了其工程实用价值.     

基于粒子群算法的微带天线特征方程求解方法

粒子群算法是根据鸟群觅食过程中的迁徙和群集模型而提出的用于解决优化问题的一类新兴的随机优化算法.文中充分利用粒子群算法的全局收敛特性,并与参数跟踪策略相结合形成一种新的求解复超越方程算法.基于该算法对微带天线的特征方程进行了求解,求解结果与该问题的已有结论相吻合,说明该算法的有效性.     

结构优化方法及其在舰载武备结构设计中的应用

结构优化方法是一种以有限元法为基础的现代设计方法。详细介绍了结构优化的基本概念和分类，以及结构优化在机械结构设计中的详细应用流程。最后以某型发射装置基座为例，利用Hypermesh建模工具和Opti—struct优化工具，对其结构优化的过程进行了较为详细的说明。优化结果表明，该方法在提高结构材料的利用率和提高结构刚性方面有较高的现实意义。结构优化方法将会代替传统的设计方法，成为机械结构设计中最主要的设计方法之一。     

基于鲁棒性的船体中横剖面多目标优化

工程应用中在进行鲁棒性优化设计时,要求所求出的解既要具有较高的质量,又要满足一定的鲁棒性要求。将鲁棒性优化问题转化为一个双目标的优化问题,即一个目标为解的最优性,另一个目标为解的鲁棒性,并针对一艘最大应力接近许用应力的多用途船进行基于鲁棒性的中横剖面优化设计。首先,用支持向量机的方法建立船体舱段的近似模型,用于求取舱段的最大应力,并结合蒙特卡罗积分的思想构造出表示最大应力鲁棒性的函数;随后,以最大应力最小和最大应力的鲁棒性函数值最小为目标函数,设计出一种求解鲁棒性最优解的粒子群多目标优化算法。优化结果不仅能降低船体结构的最大应力,同时还可较大程度地提高最大应力的鲁棒性,证明了该方法的可行性。     

舰船总体设计中的多学科优化技术

MDO（多学科优化设计）技术适用于解决复杂工程系统和子系统的设计优化。为推广多学科优化设计技术在舰船总体设计中的应用,阐述了多学科优化技术的基本理论、研究和发展应用情况,系统介绍了协同优化算法的应用环境、特征和基本原理,将舰船总体设计根据MDO的要求分解为浮态与稳性、水动力性能、造价等5个子学科并进行了学科分析,基于多目标协同优化算法建立了舰船总体优化的数学模型及优化框架。     

浮标系泊结构的参数优化匹配方法研究

针对浅海浮标系泊结构姿态控制问题,进行系统参数优化匹配计算方法研究.首先进行系泊结构力学分析,建立系统的力和力矩平衡方程,推导出系泊系统状态的描述方程;采用系泊系统起锚角和检测设备舱的倾斜角度为约束条件,取锚链型号和重物球质量作为设计变量,建立锚链的垂直高度相对误差最小为目标的系统参数优化匹配的数学模型;用最小二乘法求解非线性方程组,进行分层变量优化计算.所提出的系泊系统结构参数优化计算方法可为浮标系泊系统结构设计提供理论依据.     

混沌优化算法在船舶主尺度优化中的应用

混沌优化方法是近几年兴起的一种新的优化方法,目前已在部分领域内得到很好的应用。本文介绍了混沌优化算法,并将该方法应用到船舶主尺度优化中。通过实例论证了该方法的可行性,同时也为船舶设计者提供了一种新的优化手段。     

600 TEU多用途集装箱船舾装优化设计

本文重点介绍了600TEU多用途集装箱船在锚泊、舵系、舱内集装箱支撑等舾装设计方面较以往类似船型所采取的一些优化设计。     

Computational fluid dynamics-based multiobjective optimization of a surface combatant using a global optimization method

The main objective of this article is to describe the development of two advanced multiobjective optimization methods based on derivative-free techniques and complex computational fluid dynamics (CFD) analysis. Alternatives for the geometry and mesh manipulation techniques are also described. Emphasis is on advanced strategies for the use of computer resource-intensive CFD solvers in the optimization process: indeed, two up-to-date free surface-fitting Reynolds-averaged Navier-Stokes equation solvers are used as analysis tools for the evaluation of the objective function and functional constraints. The two optimization methods are realized and demonstrated on a real design problem: the optimization of the entire hull form of a surface combatant, the David Taylor Model Basin—Model 5415. Realistic functional and geometrical constraints for preventing unfeasible results and to get a final meaningful design are enforced and discussed. Finally, a recently proposed verification and validation methodology is applied to assess uncertainties and errors in simulation-based optimization, based on the differences between the numerically predicted improvement of the objective function and the actual improvement measured in a dedicated experimental campaign. The optimized model demonstrates improved characteristics beyond the numerical and experimental uncertainty, confirming the validity of the simulation-based design frameworks.     

基于有限元法的小水线面双体船结构优化

小水线面双体船结构复杂,需要有效的工具对其进行优化设计,在满足强度刚度要求的情况下控制结构重量.本文利用优化软件Altair.OptiStruct、Msc.Nastran、iSIGHT对一艘小水线面双体船结构进行了尺寸优化、形状优化、和拓扑优化.结构优化基于有限元法完成,以结构重量作为目标函数,结构应力作为约束条件.优化结果表明,通过选择适当的设计变量,能够在结构应力不超过规定上限的条件下使结构重量显著降低并达到最小值.     

基于MSC/NASTRAN的小水线面双体船结构优化设计研究

该文对NASTRAN的最新结构优化方法和结构优化流程作了介绍,阐述了NASTRAN一般结构优化的数学模型和拓扑优化的物理模型。以小水线面双体船的舱段模型为研究对象,首先以提高舱段结构的整体刚度为目标进行拓扑优化、形状优化和尺寸优化,进而结合工程适用性提出贴近优化结果的可行优化设计,最后通过有限元直接计算比较验证了优化方案相对常规设计的结构响应的改善。     

Overview of intelligent ship route optimization methods北大核心CSCD

智能船舶航线优化在学术界和工业界均受到越来越多的关注。针对智能船舶航线优化问题,从航线设计方法和航线优化算法这2个层面,分别阐述各种设计方法和优化算法的特点。结合近5年来的最新研究成果,在分析国内外智能船舶航线优化技术发展现状的基础上,将航线设计方法归纳为3种,即基于气象数据的航线优化、基于油耗模型的航线优化以及基于航线库或航路点库的航线优化,剖析其技术内涵及应用情况;深入分析改进的等时线法、动态规划法、图形搜索算法、智能算法、人工智能和机器学习算法的特性及不足,总结归纳将各类算法应用于智能船舶航线优化时存在的主要问题。最后,简要展望智能船舶航线优化的发展趋势,为未来在该领域的研究提供一定的思路。