基于SVR近似模型的潜水器外形优化

流体仿真软件在船舶与海洋结构物概念设计阶段应用广泛。针对潜器外形设计过程中,仿真分析往往需要耗费大量的时间成本,无法直接与优化器结合的问题,本文研究基于支持向量回归机(Support Vector Regression,SVR)的潜器外形优化方法,包括拉丁超立方试验设计选取样本点、基于ICEM的潜器参数化建模和网格自动划分、基于Fluent的阻力计算及SVR模型的构造。采用改进的粒子群算法求解潜器外形优化设计问题,得到了阻力性能优良的潜器外形。     

基于序贯Kriging模型的潜器型线优化设计

潜器型线优化设计是一个多目标优化问题,在型线设计过程中,阻力性能与包络体积的要求是相互冲突的。为了解决计算流体力学软件如Fluent在进行潜器的外形优化设计时效率低下问题,采用Kriging模型代替仿真模型进行潜器外形设计的策略,其基本思想是：选取设计变量和样本点,利用ICEM软件建立参数化的水动力分析模型,用Fluent软件计算得到样本点的阻力响应值,建立反映设计变量与响应之间关系的Kriging模型,将阻力和体积作为潜器外形优化的两个目标,利用多目标遗传算法求出Pareto最优解。由于采样策略对Kriging模型精度影响很大,本文提出了一种新的序贯采样方法命名为加权累积误差方法,来选取样本点以提高Kriging模型精度。结果表明提出的序贯Kriging建模技术能极大提高潜器型线优化设计效率,同时保证设计精度。     

载人潜器阻力性能的数值计算和模型试验及船型优化

采用多块结构化网格对某载人潜器模型周围计算区域进行网格离散,采用Realizable k-ε湍流模型对潜器周围绕流场进行数值模拟.在船模拖曳水池中进行载人潜器模型不同艏向角和垂直上升及下潜航行时的阻力试验.将阻力的数值计算结果与试验值进行对比,两者的偏差在可接受范围内.考虑载人潜器主体的舯纵剖面的二维外形,用多岛遗传算法对其粘性流场的阻力数值计算结果进行船型的一体化优化,得到二维阻力最小的优化外形.将舯纵剖面外形的优化结果应用到三维载人潜器主体,比较优化前后的主体阻力.数值计算结果表明,载人潜器主体外形优化前后阻力的优化收效在30%以上.     

基于MOGA的潜器快速性和操纵性综合优化研究

基于Pareto解的多目标优化方法NSGA-II应用至潜器的快速性与操纵性综合优化设计之中。通过回转体潜器阻力性能的数值计算结果建立了阻力的近似计算模型,并与系列模型试验结果进行了比较;通过估算潜器的水动力系数,根据水平面线性运动方程得出水平面操纵运动稳定性和机动性的衡准指标。优化后,得到了阻力与回转直径的Pareto最优解的散点图,设计者可针对不同需求的潜器,从中进行选择,保证了Pareto最优解对应的每一艇型设计方案在满足操纵性要求下阻力最小,或在该阻力值的条件下操纵性最优。     

基于CFD的潜器外形优化

潜器的外形对于其总体性能非常重要,而传统的外形设计方法难以满足优化设计的需要。通过对潜器外形特点的分析,建立其外形几何表达式,并以排水量和浮心纵向位置建立约束方程。该数学模型生成的外形方案可以满足性能要求,减少设计过程中的重复,同时还解决了优化所需的方案集的难题。通过建立优化代理机制,可减少数值模拟计算次数;拟合函数的极值求取,又可为优化指明方向;最后,可采用计算流体动力学(CFD)数值模拟对优化的结果进行验证。     

载人潜器阻力的数值计算方法分析

采用多块搭接结构化O型和H型网格对某载人潜器周围控制域进行网格离散,分别采用四种不同的湍流模型,并改变自由来流湍流强度的设置,对潜器周围绕流场进行数值模拟,得到了适于对潜器周围绕流场进行数值模拟的方法,获得较可靠的阻力等计算结果.将阻力计算结果与试验值进行对比,得出采用不同湍流模型进行数值计算时自由来流湍流强度的改变对于计算结果的影响.分析得出适于潜器阻力计算的湍流模型以及相应自由来流湍流强度的取值,为潜器的阻力预报提供了可行的数值计算方法,为潜器的阻力性能优化奠定了基础.     

缆控布放大型负浮力潜器稳态仿真

采用集中质量法建立缆绳稳态分析模型,对不同海流、潜器负浮力和推进器推力下的缆索系统进行了仿真分析.结果表明,高海流环境下潜器的水下偏移距离可达数百米.在大深度布放时,缆绳受到的海流力远大于潜器的受力,潜器阻力优化对提高布放精度的改善有限.增大负浮力可显著减小水下偏移量,但是随着负浮力的增加,其效益递减.潜器偏移量随着推进器推力的增加线性减小,通过插值得到了回到布放点所需的推进器推力,作为推进系统的设计输入.在推动潜器回到布放点的过程中,缆绳张力变化微小,垂向距离海底高度始终在30m以上,具有较大的安全范围.     

潜艇导弹包型线优化设计研究

潜艇导弹包的外形对潜艇各种航行性能都有重要影响,各个国家对潜艇导弹包的外形设计都非常重视。本文以SUBOFF潜艇为母型,首先对导弹包进行参数化,基于CFD技术与iSIGHT优化平台,运用试验设计方法创建计算样本,然后引入响应面技术构造潜体总阻力与导弹包参变量之间的近似函数,并在此基础上采用现代优化算法,以总阻力最小为优化目标寻优,确定最优点设计参数,同时分析了阻力随各设计参数变化的规律。     

海底沙波对潜器水动力性能的影响

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学（CFD）方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D> 5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

水下维修载人潜器运动仿真

操纵性是载人潜器的重要性能,通过载人潜器的运动仿真可以对于载人潜器的操纵性进行评估,本文以水下维修载人潜器为研究对象,建立了载人潜器空间六自由空间运动数学模型的基础上,利用Matlab的S-function建立了基于Simulink的载人潜器控件运动仿真系统,进行了载人潜器运动仿真,为运动控制系统设计提供了重要依据。     

基于SIMP拓扑优化理论的结构概念设计研究

为了探讨机床结构概念设计问题,并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的机床结构设计方法,文中将拓扑优化方法与有限元结合应用于结构概念设计进行了研究。以UG作为CAD造型平台,以ANSYS作为CAE有限元建模和分析平台,采用SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)拓扑优化理论建立数学模型,并应用改进的启发式拓扑优化准则算法进行数学模型的求解,得到经过拓扑优化的结构概念设计的方案模型。文中将拓扑优化方法与CAD/CAE系统进行集成应用于解决船舶舵叶连接法兰面加工专机的升降台的拓扑结构优化。优化结果为结构详细设计阶段的形状优化和截面优化提供设计优化区域和原型。从结构概念设计的结果看出,其优化设计过程较稳定、有效,能够满足工程上概念设计的需要。     

自动机缓冲器特性与动强度研究

自动机在射击过程中具有较大的后坐能量,这些后坐能量通过缓冲器进行消耗。为研究缓冲器主要性能参数---刚度、阻尼、预压力的变化对自动机后坐过程的影响以及最大后坐速度与摩擦力的关系,利用运动学仿真分析软件对某自动机缓冲器后坐过程与刚度、阻尼、预压力的关系进行了研究。研究表明,通过提高阻尼系数比降低刚度更能缓和冲击,且不需要延长后坐行程;考虑到共振对缓冲器活塞运动以及筒体形状精度的不利影响,利用有限元模态分析方法对缓冲器动强度与结构的关系进行了研究。分析结果为缓冲器性能参数优化设计提供参考,最终达到降低后坐冲击,提高射击精度和密集度的目的。     

基于多目标遗传算法的潜器外形优化设计

计算流体力学软件应用于潜水器外形优化设计时,精度虽高,但效率低下。因此研究了试验设计和响应面模型技术,提出了一个潜水器外形优化设计的策略。其基本思想是:首先应用Gambit软件的日志文件建立起水动力分析模型,然后根据设计要求选取设计变量,用试验设计的方法在设计变量空间里选取样本点并进行阻力性能计算,得到各样本点的响应,并建立阻力、包络体积的二阶多项式模型响应面模型。潜水器设计时需要考虑能源与设备布置要求,因此将阻力与体积作为艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了Pareto最优解集。结果表明,文中采用近似模型的艇型优化过程,不但效率得到提高,精度也能得到保证,而且由CFD结果建立的阻力估算公式可以为后续设计带来很高的参考价值。     

柴油发电机组公共底座的设计优化

按照技术要求,结合三维建模仿真软件对柴油发电机组公共底座进行设计。为避免与发电机组基频发生模态共振,在设计过程中需避开基频频率。根据设计模型,在总体尺寸及重量双重约束下,采用传统优化设计方法。先从降低模态频率的方法进行了设计优化,经过技术评审,根据专家意见,按提高模态频率的思路进行重新设计。进而总结出一套优化设计的方法与思路,为后续设计工作提供有利的帮助。     

仿蟹滑翔机器人水动力外形优化设计

针对一种新型仿蟹滑翔机器人,以提高其升阻比为目标开展外形优化设计研究。对数值方法进行标定,利用计算流体力学(CFD)软件Fine Marine开展仿蟹滑翔机器人初始外形水动力性能计算,给出其阻力和升力曲线;利用CAESES软件对仿蟹滑翔机器人外形进行参数化建模;基于第二代遗传算法开展仿蟹滑翔机器人外形优化计算。结果表明,相比原设计方案,优化后的仿蟹滑翔机器人外形的上浮状态和下潜状态升阻比分别提高了9.46%和7.18%,内部空间体积提升了20.41%。     

某型船用橡胶-金属环减振性能优化分析

以离散变量优化法、多目标优化法为基础,在OptiStruct软件中对橡胶金属环参数进行优化设计;结合优化理论及优化软件,制定出适用于联轴器这类大型复杂装置的性能结构优化方法,不但能够精确计算得到装置参数的具体优化数值,还能据此进行装置各部件形状结构及尺寸的改进;没有数据转化及因此造成的信息丢失等失真情况,对于优化算法的结果应用于实际装备提高装备的各项性能具有重要意义,对改善系统动态性能,降低系统的振动噪声,为联轴器的科学设计提供理论和实验依据。     

基于在线仿真的穿浪船推进智能控制及系统优化研究

为了增加优化过程的实时性,本文提出了一种基于在线仿真的穿浪船可调桨推进智能控制及其系统优化方法。首先建立了可调桨推进的数学模型,再以MATLAB为平台,使用其仿真软件Simulink建立了仿真模型,又使用查表模糊控制器实现了对穿浪船可调桨推进的智能控制。然后,建立了系统优化的数学模型。基于仿真模型,应用MATLAB的遗传算法工具箱GAOT实现了该系统的优化设计。最后给出了算例。计算结果表明:仿真和优化的准确性和可靠性都较好,该方法是有效且可行的。     

A study on TLP hull sizing by utilizing optimization algorithm

This paper reports a study on hull sizing for tension leg platforms (TLPs) using an optimization model. At the conceptual or basic design stage of an offshore platform project, hull sizing is one of the most important tasks, having a great impact on later stages of the project. Hull sizing is usually done by an engineering team combining several disciplines and taking account of factors including hydrodynamics, global performance, stability, and structure. This makes it difficult and time-consuming to optimize the hull dimensions. In this study, hull sizing was modeled as an optimization problem in which a range of design criteria had to be satisfied and an objective function minimized. Sizing was then performed using optimization algorithms. For each module, the result calculated by our method was compared with that produced by commercial software (DNV Sesam). Our system was tested for conventional TLP design in three specific metocean environments. Finally, our optimized hull shape was compared with an existing TLP, and the difference in hull shape demanded by each environment was analyzed.     

G2在作战指挥控制流程建模仿真中的应用研究

作战指挥控制流程是影响军队作战效能的重要因素。从作战指挥控制流程的特点出发,描述了一个应用G2软件建立指挥控制流程仿真模型的方法,对比介绍了几种现有的流程建模方法。利用G2/ReThink对描述的指挥控制流程进行建模和仿真,并简要开发了一个防空指挥控制流程仿真模型。通过对作战指挥控制流程的仿真,为流程的优化和改进提供了决策支持。