舰船船型航行性能的多学科设计优化应用研究北大核心CSCD

舰船船型航行性能设计及优化是舰船总体设计的重要部分。针对以往迭代式的多方案船型设计及优选效率较低、难以获得全局最优解等不足,引入多学科设计优化方法,开展船型航行性能优化。以DTMB 5415标模船型阻力、耐波性和操纵性等综合优化为例,介绍船型多学科协同设计优化的一般过程,建立以典型性能指标为优化目标的数学模型,获得了综合航行性能明显改善的船型方案,验证了多学科设计优化在船型设计中的应用潜力。研究成果可为工程船型设计提供有益参考。     

舰船船型航行性能的多学科设计优化应用研究

舰船船型航行性能设计及优化是舰船总体设计的重要部分。针对以往迭代式的多方案船型设计及优选效率较低、难以获得全局最优解等不足,引入多学科设计优化方法,开展船型航行性能优化。以DTMB 5415标模船型阻力、耐波性和操纵性等综合优化为例,介绍船型多学科协同设计优化的一般过程,建立以典型性能指标为优化目标的数学模型,获得了综合航行性能明显改善的船型方案,验证了多学科设计优化在船型设计中的应用潜力。研究成果可为工程船型设计提供有益参考。     

船舶多学科设计优化中的船型变换模块

为了实现船型优化,第一步需要按照设计变量的改变来生成船型,这样就需要一个变换程序将母型船变换成设计船.当船型优化发展到基于CFD以后,传统的通过主尺度和几个船型参数例如Cp,Cw等来控制船体型线的做法已经不能满足要求,需要对船型进行更加准确,细致的控制.为了解决这个问题,文中开发了一个新的船型变换程序,它直接读人横剖面面积曲线和设计水线,然后变换船体型线以满足这两根曲线的要求.该程序的变换步骤包括主尺度仿射变换,Cm变换,横剖面面积曲线变换和设计水线变换.程序中主要的变换方法为广义Lackenby变换,仿射变换等.该程序由于直接根据横剖面面积曲线和设计水线来控制型线,使船型变换模块的设计变量从10个左右扩展到了40个以上,增加了船型优化提升船体性能的可能性.该程序是船舶多学科设计优化的船型优化模块的前处理程序.     

粒子群算法的最小阻力船型优化研究

阻力是船舶最重要的性能之一,阻力最小是构建船型的首先目标,当前最小阻力船型优化方法存在阻力大等缺陷,为了得到最小阻力的船型,设计基于粒子群算法的最小阻力船型优化方法。首先对当前最小阻力船型优化研究现状进行分析,并建立了最小阻力船型优化的数学模型,然后采用粒子群算法对最小阻力船型优化的数学模型进行求解,找到最小阻力船型优化方案,最后通过与其它方法进行最小阻力船型优化仿真测试,结果表明,相对其它最小阻力船型优化方法,粒子群算法可以更快找到最小阻力船型优化方案,最优船型的阻力大幅度下降,可以应用于实际的最优船型设计中。     

基于CFD和响应面方法的最小阻力船型自动优化

计算流体动力学CFD方法凭借其较高的计算精度和获取更多流场信息的能力逐渐成为新船型设计重要手段.文章利用iSight多学科优化平台建立了一套船型优化系统,集成了CFD技术、船型变换及自动生成技术和响应面代理模型技术和组合优化算法.编制了船型参数变换和生成系统实现了船型变换和CFD计算程序Shipflow输入数据的自动连接;通过对主要船型参数的控制,实现整个船型优化流程的自动化.采用了进化遗传算法(GA)与二次序列规划法(SQP)相结合的二阶组合优化方法实现了从全局探索再到局部空间寻优的整个流程.同时,将响应面近似模型(RSM)引入到优化进程中,解决了计算精度与优化效率间的矛盾,使得高精度的CFD分析工具融入到船舶优化设计进程中成为可能.最后利用该系统对一条设计船的阻力性能进行了优化.     

非线性规划在船型方案设计中的应用

根据设计船舶的具体要求确定设计变量、目标函数及约束条件，构造出描述船舶优化设计的数学模型。运用有约束条件的非线性规划问题的罚函数算法、多目标决策问题的分层序列算法，结合MATLAB Optimization Toolbox进行优化计算。计算结果表明，优化船型与非优化船型相比，营运性能将有所提高。     

船型方案优化设计的应用探讨

根据设计船舶的具体要求确定设计变量、目标函数及约束条件，构造描述船舶优化设计的数学模型。运用有约束条件非线性规划问题的罚函数算法、多目标决策问题的分层序列算法，结合MATLAB“Optimization Toolbox”进行优化计算。计算结果和实际营运效果表明，优化船型船舶与本航区同类非优化船型船舶相比，营运性能有显著提高。     

TODD60系列船型库及软件实现

本文首先阐述了用船型库法设计船体型线的基本思想和特点，然后简介了Todd60系列船型的图谱及其实现步骤，及开发的Todd60系列船型库软件，并运用这一软件做了线型方案的算例，证明该软件方便、实用．     

基于EEDI的小水线面双体船片体尺度要素多目标优化

为寻求节能高效的小水线面双体船片体尺度要素，以一艘典型小水线面双体渡船为研究对象，从多目标优化的角度出发，做出合理假设根据海军部系数法和国际吨位丈量公约分别将子目标设计航速和总吨参数化，进而使主目标能效设计指数（energy efficiency design index, EEDI）成为片体尺度要素函数。基于MATLAB优化工具箱应用多目标遗传算法（Multi-Objective Genetic Algorithm, MOGA）,以阻力、强度、结构和能效要求等因素为依据定义约束条件，设置优化参数并考虑混合函数的影响，得到优化船型Pareto解集。最后讨论多目标优化的计算结果，并且与单目标优化的结果进行了比较，还分析了多目标优化优化船型方案中片体尺度要素的分布情况。     

小型钢质渔政船设计

小型沿海渔政船船型小、航速高、操作性能优良,是我国渔政执法系统不可或缺的一部分,在管理小型渔业船舶和维护渔港码头等方面起着重要的作用。为研究沿海小型渔政船的设计与优化,文中以舟山沿海某渔政船的设计为例,介绍其船型概况、总体布置、设计优化等情况,并在其完工后进行试航。试航结果表明:该船型总体性能良好,可为同类船型的设计提供参考依据。     

着力新船型开发 创新做强船舶工业

回顾了我国船舶工业20年来的发展历程,介绍了近年来我国在船舶设计水平和船型开发优化方面取得的喜人成绩。但与造船业发达国家或地区相比,我国船舶设计、船型研发方面仍有不小差距。针对这些差距,提出了加快3大主流船型的优化和换代开发、高新技术船舶和海洋工程装备开发的发展思路和提高我国船舶设计水平的措施和建议。     

2.5万载重吨多用途干货船船型优化及节能装置

介绍2.5万DWT肥大型多用途干散货船船型优化及节能装置的船模试验研究.其船体线型优化设计和球艏的优选,在上海船舶运输科学研究所拖曳水池进行.文中给出了船模阻力、自航和尾部伴流场测试的试验结果,分析了船型变化对快速性的影响,同时介绍了尾部加装节能装置前置导管及舵球的节能效果.该船型优秀,快速性指标先进,是经济高效船舶.实船正在建造中.     

支持协同设计的船舶设计过程模型研究

船舶设计过程模型是在网络环境下开展船舶并行和协同设计系统的基础.本文根据船舶设计的特点,提出了将船舶设计过程按照项目、设计任务和设计活动三个层次进行分解的方法,并给出了船舶设计过程模型形式化定义.该模型明确了设计任务间的并行、顺序和协同关系,可以直接按设计任务构成活动网络图进行规划、分析、管理等工作,使设计过程具有良好的可变更性和可控性.     

沪东型巴拿马油轮船型研究

介绍沪东型巴拿马油轮在国际航运市场上的需求情况和船舶主尺度分析，船体设计以及航运经济性，接着介绍该船体线型优化设计；设计了两个球 球尾线型，在上海船研所拖曳水池分别进行船模阻力、自航试验及尾部伴流场测试和尾部节能装置节能试验研究。     

Study of the ship design process model for collaborative design

The ship design process model is the basis for developing the ship collaborative design system under network environment. According to the characteristics of the ship design, a method for dividing the ship design process into three layers is pat forward, that is project layer, design task layer and design activity layer, then the formalized definitions of the ship design process model, the decomposing principles of the ship design process and the architecture of the ship collaborative design （SDPM） system are presented. This method simplifies the activity network, makes the optimization and adjustment of the design plan convenient and also makes the design process easier to control and change, at last the architecture of the ship collaborative design system is discussed.     

补给作业船舷侧碰撞损伤环境研究

基于横向补给作业中各个阶段可能出现的舷侧碰撞模式所确定的两船碰撞发生时的夹角和补给作业船受撞位置,进行横向补给作业船舷侧碰撞损伤仿真研究。分析了补给作业船的吸能特性和碰撞过程中两船的运动状态,获得了碰撞力、能量吸收和损伤变形的时序结果。该文的研究可对于开展补给作业船舷侧碰撞结构损伤评估、舷侧抗撞结构的优化设计提供指导。     

船舶主尺度方案的博弈优选

优化选择的船舶主尺度方案需要具有较好的经济性、技术性能,而博弈论是研究解决、优化决策选择的科学,根据船舶主尺度方案优选问题与经济学中博弈问题之间的相似性,从博弈的观点确定了船舶设计中的博弈方及其对应的策略空间,即各设计目标视为博弈问题博弈方;设计变量集合视为所有博弈方的战略集组合,从而提出了船舶主尺度方案优选设计问题的博弈方法。通过实例应用表明,合作博弈论方法能更好地综合反映设计目标的要求,优选结果更加合理。     

风电安装船线型设计及性能分析

本文针对当前市场所需的风电安装船的线型设计优化过程及试验结果进行了分析研究。论述了线型设计特点,分析了线型CFD优化过程,并且结合模型试验结果对目标船的快速性、操纵性、动力定位能力等性能进行预报,最后对目标船线型开发经验做了总结。研究成果为同类船舶及近似船舶设计提供参考。     

桥梁上部结构防船撞研究

船舶撞击桥梁上部结构是船撞桥事故模式之一,其撞击特性与撞击桥墩特性相比有所不同。现着重研究了船舶撞击桥梁上部结构的风险分析、撞击力、防撞保护等技术问题,并提出设置警示设施、AIS系统建设、拦截、红外线监测、警戒等防护措施,供通航安全部门参考。     

舰船顶层设计指标最优分配问题计算方法

基于大型复杂工程系统设计的多学科设计优化算法,开展了舰船顶层设计指标最优分配的计算方法研究,基于协同优化算法提出了舰船顶层设计指标最优分配的一种通用算法框架。