水下爆炸载荷下舰船结构的多目标优化

水面舰船对轻量化和抗爆性能均有特殊的需求,而这两个目标此消彼长的关系又使得实现它们的途径相互矛盾。为找到能同时提高轻量化和抗爆性能的满意解,建立以板厚为变量的多目标优化模型。在优化过程中,通过参数化建模技术实现建模的自动化,数值模拟采用船体三舱段有限元模型,使用ABAQUS/EXPLICIT求解器进行非线性有限元分析,并在优化流程中引入实验设计和近似模型进行响应预报,在此基础上,还通过NSGA-II遗传算法进行多目标优化,得到优解。通过对优化后的船舯舱段与优化前的进行对比分析,发现重量和抗爆性能这两个目标分别有0.46%和22.51%的改进,实现了轻量化和抗爆性能的双向提升。     

超大型油船舱段结构强度评估平台

双壳油船共同规范JTP对于船长超过150m的油船推荐采用有限元进行直接计算分析其强度。本文依据JTP中关于舱段有限元建模的要求，采用有限元软件ANSYS的APDL语言，建立了超大型油船三舱段结构强度评估平台。该平台对于同一种结构形式下的不同设计参数，均能自动实现建模、网格划分、边界条件和工况加载、求解以及主要构件的应力输出等功能；初步实现了基于直接计算的超大型油船舱段强度评估的自动进行，为超大型油船的初步设计和结构优化提供了舱段结构强度评估的基础。     

基于响应面法的SPS舱口盖结构多目标优化

本文以轻量化为前提,设计传统钢制板架舱口盖的钢聚氨酯夹层板(Steel-Polyurethane Sandwich plate,SPS)替代方案.对不符合结构刚度、强度要求的初步方案,采用基于BBD(Box-Behnken Design)设计的响应面法进行结构多目标优化设计,以结构变形和等效应力作为优化目标,结构尺寸及质量为约束条件,建立响应面模型,得到优化后的SPS舱口盖设计方案;并采用有限元仿真方法,对优化前后的方案进行了仿真计算,对优化目标进行了详细对比,验证了优化的有效性和必要性.对比结果表明:优化后的SPS舱口盖结构,在减重9.28％的情况下,变形减少了36.7％,应力降低了30.5％;说明采用响应面法对SPS舱口盖实现多目标优化可行,且优化效果明显.     

半、全宽舱段模型的船舶横向强度比对

采用大型通用有限元分析软件MSC,以54 000 dwt散货船为例,采用半舱段模型与全舱段模型进行横向强度有限元分析,得出了在不同工况中舱段内货物压力、舷外水压力、波浪压力等作用下船体舱段结构的结构响应,并对两种模型的计算结果进行对比分析,计算结果对横向强度的建模具有指导意义。     

基于PSO-BP神经网络的油船中部结构优化

以舱段质量为目标函数,以相关规范要求的板厚及应力为约束条件,通过灵敏度分析确定设计变量,对油船中部结构优化。构建基于粒子群优化的BP神经网络模型,并代替有限元分析确定应力与设计变量之间关系,从而对舱段进行结构优化。优化后舱段质量降低了4.2%,优化后的有限元分析结果表明满足规范要求,PSOBP神经网络模型在船舶结构优化设计中具有可行性。     

基于人工蜂群算法和有限元强度计算的集装箱船剖面结构优化

[目的]现有基于有限元强度计算的结构优化研究大多采用改写单元节点信息文件来实现参数化建模的方法,为解决在船体剖面结构优化过程中难以考虑型材数量变化的问题,提出一种基于参数化几何建模分析和人工蜂群（ABC）算法的船舯剖面结构优化方法。[方法]首先,在Matlab平台编写蜂群算法,并基于ABAQUS内核语言Python建立能够在其CAE模块中生成几何模型的脚本文件;其次,建立能够提交有限元计算和读取结果的Python脚本文件,通过将算法每次生成的解改写到脚本对应位置完成几何模型的更新,后台调用ABAQUS并依次运行脚本文件;最后,将计算结果返回到Matlab平台中进行校核,完成参数化几何建模与有限元分析。[结果]以4 600 TEU集装箱船在总纵弯矩作用下的舱段剖面结构优化为例验证了该方法的可行性,得到集装箱船舱段结构减重达18.7%。[结论]经对比分析,在设定条件下基于有限元的优化方法比基于规范的优化方法更加充分。     

超大型油船舱段结构强度评估平台

双壳油船共同规范JTP对于船长超过150 m的油船推荐采用有限元进行直接计算分析其强度。本文依据JTP中关于舱段有限元建模的要求,采用有限元软件ANSYS的APDL语言,建立了超大型油船三舱段结构强度评估平台。该平台对于同一种结构形式下的不同设计参数,均能自动实现建模、网格划分、边界条件和工况加载、求解以及主要构件的应力输出等功能;初步实现了基于直接计算的超大型油船舱段强度评估的自动进行,为超大型油船的初步设计和结构优化提供了舱段结构强度评估的基础。     

基于子模型分解的船舶舱段结构代理模型协同优化方法

[目的]为解决船舶舱段结构优化设计参数众多、计算耗时的难题,提出一种基于子模型分解的舱段结构代理模型协同优化方法。[方法]每次选择一个板架,根据当前舱段方案的有限元模型建立板架结构子模型,基于子模型构建板架结构响应的代理模型并进行优化,得到板架优化解后更新舱段模型,再进行下一个板架的优化,如此迭代,直到完成一轮或多轮包含所有板架的协同优化后停止。最后对舱段结构尺寸进行小范围调整,得到最终优化解。[结果]某船舶舱段结构优化结果显示,与从整体优化角度出发的基于降维代理模型的舱段结构优化方法相比,在相当计算成本下,所提方法的优化结果重量进一步减小了2.86%,最终实现结构减重4.96%。[结论]所提方法的优化效果较好,在高维船体结构优化问题上具有较好的应用价值。     

船体舱段三维有限元模型参数化建模方法研究

提出三维船体舱段有限元参数化建模的设计方法,将船体舱段的有限元网格归类为纵向网格和横向网格,并分别提出相应的算法以实现这两种网格的自动生成.     

潜艇双层舷侧结构水下接触爆炸特性数值分析

为研究潜艇双层舷侧在水下接触爆炸作用下的破坏特性和抗爆性能,对潜艇舱段进行等比例实体建模,利用非线性有限元软件LS-DYNA作为工具进行仿真。归纳总结了舷侧主要结构的破坏模式及响应特点,并从吸能的角度探讨了各结构对抗爆性能的贡献度,结果可为结构的强度优化设计提供参考。     

船舶柴油机调速器参数整定的多目标优化和多属性决策研究

综合考虑系统在输入阶跃扰动和负荷扰动两个工况时的超调量、稳定时间和ITAE指标,研究了PID控制器参数寻优的问题。采用多目标遗传算法求出Pareto最优解,使用信息熵法和逼近理想解的排序方法（TOPSIS）对Pareto最优解给出了排序。计算了一艘水面船舶柴油机调速器控制的数值算例,结果表明本文方法有效,所设计的PID性能优异,可以工程实际应用。     

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。     

船舶六自由度转台电液伺服系统参数整定方法

针对船舶六自由度转台电液伺服系统的参数整定问题,提出一种基于多目标遗传算法和多属性决策的PID参数设计方法,综合考虑了系统超调量、稳定时间和ITAE指标,采用多目标遗传算法求出Pareto最优解。使用客观赋权的信息熵法对最优解的属性进行权值计算,然后采用逼近理想解的排序方法（TOP—SIS）进行多属性决策（MADM）研究。计算了转台电液伺服控制的数值算例,结果表明本文提出的联合方法通用性好,所设计的PID性能优异,适合工程实际应用。     

兼顾效率与空泡性能的桨叶剖面自动优化设计

引入数学上的 NURBS曲线来表达翼型几何,成功实现翼型几何的自动变形与重构;之后借助于Isight优化平台,集成CFD技术构建二维翼剖面的多目标自动优化设计流程;并选择NACA 661-212翼型为设计对象,在兼顾效率和空泡性能的前提下,以升阻比和最小压力系数为设计目标进行优化设计,最终得到在相应设计点处两目标均有改善的翼型。该结果表明此设计方法的可行性,对推广至三维螺旋桨的优化设计提供一定的借鉴经验。     

空爆载荷作用下波形夹层板抗爆结构优化设计

为了提高空爆载荷作用下夹层板的抗爆能力,提升其在舰船和海工装备上的应用程度,本文提出了一种针对波形夹层板结构的优化方法,该方法以结构质量和在爆炸载荷作用下的结构应力、变形以及吸能作为评估标准,利用正交试验筛选出样本点,通过BP神经网络生成夹层板结构参数与评估标准间的响应面模型,用遗传算法对响应面模型进行多目标优化分析,得出全局最优解,形成一套夹层板的优化设计方案,这为夹层板抗爆结构优化设计提供了一种新的设计思路和优化方法。     

主汽温PID参数整定的多目标遗传优化研究

综合考虑舰船锅炉控制系统的跟随性能、扰动抑制性能和鲁棒性能,提出一种基于多目标遗传算法和多属性决策的PID参数设计方法,采用改进非支配解排序的多目标遗传算法求出Pareto最优解。由Pareto最优解构成决策矩阵,使用客观赋权的信息熵法对最优解的属性进行权值计算,再采用逼近理想解的排序方法进行多属性决策研究,对Pareto最优解给出排序。计算某锅炉主汽温PID控制的数值算例,结果表明方法通用性良好,所设计的PID性能优异,适合工程实际应用。     

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。     

基于iSIGHT的耐压壳静动力学综合优化设计

根据圆柱形耐压壳设计中对强度和稳定性，振动和声辐射的要求，建立了数学模型。以重量最轻，临界频率最大综合优化了耐压壳的静动力学性能。同时，运用APDL语言进行了耐压壳参数化有限元建模。分别在iSIGHT设计环境下集成了自编程序和参数化有限元模型，两种方法给出了吻合的最优结果。     

基于向量评价遗传算法的工程项目多目标优化

进度、费用和质量为工程项目的3大主要控制目标，工程项目多目标优化就是要尽可能实现3大目标的和谐统一。利用多目标优化理论建立了面向工程项目的多目标优化模型，给出了利用向量评价遗传算法对工程项目多目标优化问题的求解设计思路，阐述了算法的实现流程，并通过实例验证了该模型有效解决工程项目多目标优化的可行性。     

多目标进化算法在船舶设计中的应用

针对船舶概念设计阶段船型参数优化问题,根据快速性、操纵性、舱容衡准及基于经验公式建立船舶优化数学模型,采用改进的非支配解排序的多目标进化算法（NSGA-Ⅱ）,以推进系统总效率、舰船经验系数、相对回转直径及船舶造价4个参数为优化目标,选取若干设计变量,对50 000 DWT油船进行多目标优化.数值算例表明,改进的非支配解排序的多目标进化算法能够有效、客观地选择合理的船舶主尺度参数.