基于有限元的整船结构多学科设计优化

目前在同时考虑舰船水动力性能和结构性能的多学科设计优化模型中,水动力性能和结构性能的预报通常只能采用精度较低的经验公式。为了提高多学科设计优化模型的计算精度,必须要实现的技术就是将舰船水动力性能预报依赖于CFD的分析和将结构性能预报依赖于有限元的分析。重点研究了在多学科设计优化框架中集成有限元软件进行结构优化的技术。首先以一个简单的耐压圆柱壳为例子,介绍了iSIGHT调用Ansys进行包括参数化建模在内的结构优化的流程。然后对某船的整船有限元分析模型进行了整船结构优化研究。由于该船的整船结构有限元模型包含202个板和梁的属性,优化模型的设计变量很多,超出了目前很多优化算法的使用范围。在经过了多种优化算法的比较后,最终得到了优化解,实现了基于有限元的整船结构多学科设计优化。     

多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究

通常船舶多学科设计优化仅考虑确定性的影响,忽视设计中不确定性因素的存在,显然优化结果无法真正保障船型方案的可行性和航行性能的优良性。目前,不确定性船舶多学科设计优化主要集中在一维不确定性分析。为了得到船舶设计优化的最优方案,以多维不确定性下的多学科稳健设计优化问题为例,通过分析考虑随机不确定性因素的均匀分布和正态分布并存分布状况,提出了一种新的以Legendre polynomials和Hermite polynomials多项式为基础的多维多项式混沌方法,并以海洋平台支持船为对象构建多维不确定性量化模型。通过对多维随机不确定性因素对船舶优化方案的影响分析完成了船舶多学科稳健设计优化研究,有效地减少和避免船舶设计优化方案失效的可能性。     

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。     

多目标遗传算法在水面船舶快速性优化设计中的应用

在船舶设计中,船、机、桨的匹配问题一直是设计人员最关注的问题之一.快速性良好的船舶应使得船、主机和螺旋桨之间的性能综合匹配.通过采用改进的非支配解排序的多目标遗传算法,讨论了船舶概念设计阶段快速性优化问题.以推进系统综合效率和排水量为优化目标,考虑了混合变量的多目标优化问题.文中给出了载重量为35000t油船的快速性优化设计例子.结果表明,多目标遗传算法能够快捷搜索到全局最优解.     

2万吨级多用途船船型试验研究

对2万吨级多用途船船型进行了试验研究，该船与相近吨位船舶相比，傅氏数高，方型系数大，船型优化设计有一定的难度，在吸收国内外先进经验，分析上海船研所同类型多用途船船型研究资料的基础上，先后设计了2个方案的球艏线型，通过试验分析比较，优选出推荐船型。优选船型有效地解决了该船的快速性问题，性能优良，可供船舶设计及建造部门使用。     

CGX巡洋舰多学科设计优化模型的再分析

传统的设计螺旋方法由于割裂了学科间耦合,得到的设计往往是满足设计要求的设计而不是最优的设计.多学科设计优化(MDO)方法正是一种能得到最优设计的新设计方法,MDO目前被广泛应用于复杂工程系统的设计中.文中对多学科设计优化的理论进行了简要综述,在此基础上为了演示MDO方法应用于舰船设计,采用iSIGHT对国外的CGX巡洋舰概念设计的13个模块进行了集成,建立了MDO模型并优化,得到了较好的优化解.在此基础上采用神经网络重新建立了该MDO模型,将优化结果和原MDO模型优化结果进行了比较.     

高速单体船快速性和操纵性综合优化混沌算法

以高速单体船为研究对象,通过了综合论证及分析,建立了以快速性和操纵性为目标函数的综合优化数学模型。以MATLAB6.5为工作平台,应用变尺度混沌优化算法,编制了优化程序,并对高速单体船快速性和操纵性的仿真模型进行在线优化。优化结果表明:变尺度混沌算法对高速单体船快速性和操纵性综合优化是有效且可行的。     

多学科设计优化方法用于船舶设计

为了提供更好地满足不断提高的军方和商业市场需求的产品.现代船舶设计需要获得真正的最优设计.它需要综合考虑所有学科以及它们之间的相互关系.船舶设计中涉及到的学科数目是如此众多,它们之间的相互关系是如此复杂以至于需要寻求一种新的设计技术来替代传统的设计螺旋方法.多学科设计优化(MDO)方法正是一种新的广泛应用于复杂工程系统的设计方法.在本文中,我们主要介绍了中国船舶科学研究中心将MDO应用于船舶设计的研究情况.我们应用iSlGHT软件集成美国弗吉尼亚大学公布的CGX设计模块来演示将MDO方法应用到船舶设计的整个过程,获得了比他们更优化的解.CGX模块也用来说明我们提出的子系统划分的概念.最后,基于我们的研究经验,我们也总结了一个在船舶设计中应用MDO方法的一般应包括的内容.     

海洋平台支援船的多学科协同优化设计

引入多学科设计优化理论解决海洋平台支援船的优化设计问题。针对海洋平台支援船优化设计存在的多目标、多约束特点,建立了海洋平台支援船的多学科优化设计模型,并采用协同优化算法,完成了优化模型的求解。优化结果证明了协同优化算法解决海洋平台支援船的优化设计优化问题的有效性,为解决更为复杂工程系统的设计优化问题奠定了基础。     

改进协同优化算法在船舶概念设计中的应用

文章介绍了多学科优化算法的发展以及在船舶设计中应用的广阔前景,针对其中的协同优化算法进行了详细介绍,并根据其存在的不足提出了动态罚函数的改进方法,通过对系统级优化问题进行改造,将其转化为无约束优化问题,降低了求解难度且提高了计算精度。对某型SWATH船阻力和结构的优化问题进行了简化、求解,最终结果降低了油耗,表明了该算法在船舶概念设计中应用的可行性。     

模糊综合评价在多学科优化设计变量选择中的应用

以灵敏度分析理论为基础,将模糊数学综合评判理论应用于多学科优化设计变量的选择与评价。以某集装箱船为例,在建立了包含静力学、模态分析和动力学的多学科优化时设计变量选择的模糊评判数学模型之后,综合考虑了应力、位移、固有频率、速度和加速度等参数对设计变量的影响。分析表明,该方法简便易行、结果可靠。     

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.     

舰船总体多学科优化设计系统分解

舰船总体是一个复杂的大系统,具有层次多样性.按一定规则对舰船总体进行多学科设计优化（MDO）的系统分解是MDO的基础.分析舰船总体MDO的系统定义和舰船设计中各个对象、环节之间的耦合关系,以及典型系统对总体方案的影响因素;针对方案阶段舰船总体MDO,对舰船总体进行多学科的系统分解,确定舰船MDO的各系统（学科）,梳理出各子系统间的关系,提出舰船多学科的学科体系,构建系统间的耦合关系图.     

基于多学科的大型船舶概念设计平台技术

文章首先分析了基于多学科的大型船舶概念设计平台的四层体系构架,然后对平台的关键技术进行了详细的分析和研究。平台的构建,实现设计流程化和自动化,对于分析船舶概念设计中复杂的耦合关系、优化制约总体方案的强影响参数、对比概念设计多方案、最终确定整体较优的方案、减少返工,以及提高设计效率和质量均具有重要意义。     

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。     

基于广义回归神经网络与遗传算法的玻璃钢渔船船型要素优化研究

利用神经网络的非线性拟合能力,建立了基于广义回归神经网络的"船型要素-船体阻力"数学模型,提高了模型的拟合精度。同时结合遗传算法的非线性寻优能力,利用改进的遗传算法完成了船型要素的优化设计。优化结果可以作为玻璃钢渔船初步设计的技术参考。     

模块化技术在船舶结构CAD中的应用

研究探讨在船舶结构CAD支撑下，在结构设计中通过合理模块划分，以模块为对象展开结构设计，以加快设计进程，提高船舶结构设计效率和质量。