基于集成仿真的灯光渔船艏部型线优化

针对我国现有渔船标准化建设中遇到的船体型线优化难的问题,提出一种基于集成仿真优化技术的船体型线优化方法,并以一艘灯光渔船的兴波阻力性能优化为例,通过半参数化方法提取10个控制参数用于艏部型线的变换,兴波阻力采用势流理论方法进行评估,并采用Sobol算法与梯度搜索算法相结合的优化算法。基于上述的船体型线优化方法最终得到兴波阻力性能最优的船型,优化结果表明,文中提出的船体优化技术是有效的,有助于加快推进渔船船型的标准化建设。     

基于参数化建模的深拖母船阻力优化

为获得阻力性能优良的船型,以某深拖母船作为母型船,运用参数化建模技术在优化平台Friendship中建立参数化模型,以兴波阻力作为优化目标,先运用全局搜索Sobol算法进行初步优化,再运用局部搜索Tsearch算法进行二次优化,结果显示,优化船型的兴波阻力较母型船明显降低,优化效果良好。将优化结果与CFD软件STAR-CCM+的计算结果以及母型船模型试验结果对比表明,基于兴波阻力的船型优化对于总阻力有一定的降阻效果。     

基于遗传算法的最小阻力船型优化设计

遗传算法是一种全局最优化算法,它能够克服传统优化方法的缺点和不足,从而获得全局最优解。因此,为了获得阻力性能更好的优良船型,将遗传算法进行适当改进并用于船型优化中,进行最小阻力船型优化设计,以非线性兴波阻力理论(Rankine源法)为基础,利用遗传算法并结合CAD技术进行船型优化设计。在优化过程中,把总阻力作为目标函数,设计变量取船型修改函数的参数,确保排水量为基本约束条件下,对船体前半体型线进行优化研究。选取某高速巡逻艇作为初始船型进行优化计算,获得的最优船型总阻力降低了13.1%,兴波阻力降低了21.7%,表明遗传算法用于船体线型优化设计是行之有效的。     

基于非线性规划法的实用船型首部优化设计方法

为了得到阻力性能优良的实用船型,以线性兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法探讨最小总阻力船型的优化设计方法.以总阻力为目标函数(其中兴波阻力采用Michell积分进行计算),船体表面型值为设计变量,排水量不减为基本约束条件,再考虑实用船型的附加约束条件,对船体首部形状进行优化研究,得到改良船型.对优化前后的船型再利用Rankine 源法进行兴波阻力数值计算,进一步评估优化后的降阻效果.最后给出了实际船型(集装箱船)的优化计算实例,明显的降阻效果证实了本优化设计方法的可靠性.     

基于全参数化建模的高速客船型线优化设计

以某型高速客船为研究对象。采用CAESES FRIENDSHIP-Framework软件进行全参数化建模,对初始模型采用SHIPFLOW软件进行兴波阻力计算,将计算结果与船模试验结果进行对比,以验证计算的可靠性。采用Sobol算法进行特征参数的灵敏度计算,以有效降低设计空间维数,提高计算效率。建立多航速优化模型,完成船体艏部兴波阻力优化。结果表明,优化模型的兴波阻力在多航速下较初始模型均明显降低,研究结果具有一定的工程实用价值。     

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。     

非可行解驱动进化算法和多元分析技术在船型参数优化中的应用

引入非可行解驱动进化算法(infeasibility driven evolutionary algorithm,IDEA)和多元分析技术开展船型参数优化和设计模型分析.针对一艘散装货舱在概念设计阶段的船型参数设计,应用IDEA算法进行多目标优化,然后采用距离理想解最近的方法对Pareto解集进行量化评价,选取一个满意的设计方案,最后应用多元分析技术分析Pareto解集获取船舶设计变量之间特性,即采用层次聚类方法得到样本或者变量之间的相互距离关系和等距特征映射(Isomap)的降维方法,得到变量在二维平面上的映射图,采用最小二乘法得到Pareto解集上变量之间的拟合关系式.数值结果表明:IDEA运算速度快,Pareto解集分散性良好.基于多元分析技术的数据挖掘应用能够获得对模型更多的认识,揭示模型内在关系.     

基于线性兴波阻力理论的三体船中体船型优化

提出将线性兴波阻力帐篷函数法推广应用于三体船的方法。推导出确定侧体构型下的三体船线性兴波阻力帐篷函数法表达式及其中体船型优化的二次规划法计算模型。按该方法对数学三体船和工程应用三体船算例进行兴波阻力计算,将计算结果与模型试验结果进行对比验证,结果表明该方法计算三体船兴波阻力具有足够的精度。采用基于此兴波阻力表达式的中体船型优化二次规划法计算模型,对上述工程应用三体船中体船型进行了兴波阻力减阻优化计算,结果表明中体船型优化获得的兴波阻力减阻效果约达10%。     

基于Friendship的高速客船特征参数灵敏度分析

对某高速客船利用Friendship全参数化建模软件和SHIPFLOW流体计算软件,在进行多航速的船体艏部兴波阻力优化时,需要将特征参数作为设计变量.通过Sobol优化算法对特征参数的灵敏度进行分析,剔除不灵敏的特征参数,可有效地降低设计空间的维数,从而提高计算效率,节约时间和成本.研究结果具有一定的工程实用价值.     

基于偏相关性分析的船型优化设计方法

针对传统船型优化存在耗费时间长、优化效率低的缺点,本文提出一种基于偏相关性的船型优化设计方法。该方法利用偏相关性分析,对船体外形与兴波阻力的相关规律进行经验总结,并将这种设计经验引入到优化设计中,可以缩小相关设计变量的取值范围,显著提高优化效率。利用该方法对布拉尼函数(Branin Function)、哈特曼函数(Hartman function)以及KCS集装箱船的兴波阻力进行优化计算,通过对比分析,证明了该方法的可行性。     

基于参数化船型的阻力优化研究

船型几何模型的参数化表达,是船型多学科设计优化的基础。其作用是为各学科分析和优化提供一个统一的几何模型,并根据各学科分析结果自动修改调整船体型线。文中尝试使用Friendship进行船体完全参数化建模,并使用该软件中的feature编程功能编程实现shipflow型值数据的提取;通过改变一系列重要的船型参数实现变换船型几何模型,以获得满足性能需求的船型。最后利用该软件的优化框架,采用切线搜索法 (Tangent Search, TSearch) 完成1300TEU集装箱船的兴波阻力优化,优化球首和前体船体曲面。结果表明,该参数化方法在改进船型水动力性能方面有很好的效果。     

渔船球鼻艏参数优化研究

优化球鼻艏形状可以改善船舶阻力性能.本文以阻力最小为目标,提出了一种渔船球艏优化方法.首先对渔船球鼻艏进行参数化建模,以球鼻艏的设计参数作为设计变量,利用敏感性分析方法结合CFD技术对设计变量进行灵敏度分析,甄别出对阻力性能变化最为敏感的若干设计变量;然后,使用穷举搜索法对样本空间进行采样,并通过CFD技术进行阻力预报;最后建立阻力系数与设计变量之间的替代模型,利用遗传算法优化渔船性能,获得阻力最优对应的球艏形状.研究表明,在设计工况,采用该方法优化后的船型较初始船型总阻力降低2.68％.     

船型小样本结合近似模型的阻力性能优化

为实现在小样本数量下构造出应用于船型优化的高精度近似模型,提出一种基于敏感度分析的拉丁超立方的船型样本点选取方法。以Wigley船型构建兴波阻力的响应面模型为例,同以往的拉丁超立方、正交试验设计生成的船型小样本所构建的模型进行预报精度的对比。结果表明,该方法选取的船型小样本均布代表性较好,训练的近似模型精确度较高;相比单纯采用CFD技术直接进行优化,采用该方法构建的近似模型可进一步提升船型的优化效率和质量。     

运用线性兴波理论进行船型设计与改进

通过导出简化的兴波阻力理论公式,提出一种运用线性兴波阻力理论进行船型设计与改进的方法。实际应用结果显示,该方法对船型改进很有效,可供船型设计部门及人员应用。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化。文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能。优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-II)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型。结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求。     

基于变复杂度方法的船舶型线优化

介绍变复杂度方法的基本原理,给出变复杂度的优化框架;以克里索集装箱船(KCS)船舶兴波阻力为目标,采用变复杂度方法对KCS艏部型线进行优化,得到兴波阻力下降的船型,并对优化结果进行对比分析。结果显示,变复杂度方法的计算结果具有一定可靠性,可显著提升船型优化效率,具有一定的工程实用价值。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化.文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能.优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-Ⅱ)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型.结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求.     

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.     

非线性规划法的最小阻力船型研究设计

以往采用模型试验方案缺少对阻力函数分析,导致设计效果较差。为了获得阻力性能优良船型,利用非线性规划研究最小阻力船型。以兴波阻力、粘压阻力和平板摩擦阻力之和的总阻力为目标函数,设计变量,以此修改船型参数。设置基本约束条件,结合最小阻力船型优化流程,分别对改良后的横向剖面和线型进行分析,由此完成最小阻力船型设计。以集装箱船为试验对象,对比分析模型试验方案和非线性规划方案船型所受阻力情况。由对比结果可知,明显降阻效果证实非线性规划方案更为合理。     

基于Operational Profile的牲畜船型线优化研究

文章利用CAESES和SHIPFLOW软件组成的优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法通过参数化建模技术实现船型的自动变换,并通过遗传算法结合兴波阻力系数的势流计算对最佳阻力船型进行搜索。以某牲畜船为研究对象,通过该优化平台对考虑实际航行工况(operational profile)下阻力最佳的直艏和隐形球艏设计方案分别进行了最优值搜索,最后通过RANS方法计算总阻力并对优化结果进行验证。研究结果表明,提出方法优化后的两种船型总阻力均降低明显,说明选用的船型自动优化方法是可行的。