气垫船推进装置气动力优化与模型试验研究

以某气垫船推进装置为研究对象,以提高其推进效率为目标,开展推进装置气动力理论优化设计与风洞试验验证工作。首先,基于B样条参数化方法,对推进装置的导管外形进行参数化建模,获得B样条控制参数,并将其定义为优化设计变量;其次,基于试验设计方法 DOE、B样条参数化方法和数值仿真方法,开展导管气动力优化设计,形成理论优化方案。最后,设计制作缩尺模型,开展风洞试验,进一步验证理论优化方案的可信度。研究表明：导管外形对其自身以及整个推进装置的气动性能影响明显;通过精细设计导管外形,可以获得更高的推进效率;优化导管外形之后,气垫船推进装置的推进效率明显提升,其中额定功率下的总推力可提高约3%。     

基于SBD技术的小水线面双体船首尾鳍优化设计

首尾鳍作为小水线面双体船(small water-plane-area twin hull,SWATH)的重要组成部分,对其运动性能有着较大影响,是SWATH船型设计的关键技术之一.本文将SBD(simulation based design)技术引入小水线面双体船首尾鳍的优化设计中.以经济航速和设计航速总阻力为目标函数,首尾鳍面积、主翼攻角和襟翼攻角等参数为设计变量,以航行姿态作为约束条件,开展6000吨级小水线面双体船首尾鳍优化设计.结果表明,最优设计方案较原方案在经济航速点总阻力减小约10％,运动姿态也得到较大改善.该设计方法在满足约束条件下以性能最优为目标来驱动设计,为船舶附体的优化设计提供了一种全新的途径.     

摆线针轮行星减速器的稳健优化设计

将目标函数及约束条件的灵敏度最小作为附加目标函数引入摆线针轮行星减速器的优化设计模型中,通过实例计算表明该方法能够保证最优点的可行稳健性,达到稳健优化设计的要求.     

摆线针轮行星减速器的稳健优化设计

将目标函数及约束条件的灵敏度最小作为附加目标函数引入摆线针轮行星减速器的优化设计模型中，通过实例计算表明该方法能够保证最优点的可行稳健性，达到稳健优化设计的要求。     

基于遗传算法的环肋圆柱壳结构优化设计

本文对某潜器的环肋圆柱耐压壳结构开展以减重为目标的优化设计,通过使用遗传优化算法,以环肋圆柱壳结构中的肋骨尺寸、肋骨间距及壳体厚度作为优化设计变量,在强度和稳定性满足的约束条件下,得出优化后重量较轻的设计方案,同时结合理论和数值方法校核该方案下强度和稳定性,以验证方案有效性。研究结果表明,优化后理论与数值计算得出强度与稳定性符合规范要求,优化后环肋圆柱壳结构重量得到有效降低,该研究方法可为今后类似结构物优化设计提供参考。     

大方形系数低速船艉部线型多目标优化设计

本文结合船型设计技术的最新发展动态,将高精度CFD数值评估技术与优化理论及船体几何自动重构技术相整合,建立了“以精细数值评估优化为特征”的船型设计方法。以阻力性能优异的6600DWT 散货船作为优化设计对象,总阻力和桨盘面流场品质作为目标函数,采用多目标粒子群优化算法（MOPSO）、FFD几何重构方法对船艉线型进行了自动优化设计。结果表明：在满足工程约束条件的情况下,6600DWT散货船优华设计方案阻力的收益较为显著,其中一个优方案在尾部流场质量改善的情况下,剩余阻力减小了10.3%。     

单人常压潜水装具躯体结构的多目标优化设计

文章采用基于响应面（RSM）近似模型和多目标遗传算法（MOGA）对新型单人常压潜水装具躯体结构进行多目标优化设计。首先建立躯体的结构优化模型,分析设计变量对设计目标的影响。通过试验设计（DOE）得到设计目标的响应特征,拟合建立响应面近似模型,最后采用遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到躯体结构的优化设计方案。     

基于多目标优化和多属性决策的数据采集装置总体优化设计

舰船数据采集装置的设计需兼顾装置总体质量、装置散热性能、装置结构变形及装置结构强度等多种要求,是一个典型的多目标优化设计问题。本文采用基于精英策略实数编码、带跳变算子的非支配排序多目标遗传算法(RNSGA-II-SBJG算法),开展考虑上述要求的数据采集装置总体优化设计;考虑数据采集装置工作过程中热-结构耦合效应,建立多场耦合分析模型,基于响应面方法构建代理模型,引入灰色关联度分析方法计算Pareto解集与理想解的关联度,对优化解集进行评价排序。应用上述方法对某数据采集装置进行优化设计,数值结果表明,径向基函数拟合精度高、Pareto解集分散良好,基于灰色关联度分析的优化解评价方法能够有效、合理地选取优化设计方案。     

电力推进舰船中央冷却系统优化设计可行性分析(一)

本文通过对某型电力推进舰船中央冷却系统的综合分析,指出了中央冷却系统设计的要求,分析了优化设计的必要性和可行性,提出了优化设计的思路和设计方法.并对电力推进船舶中央冷却系统的控制方案进行了探讨,提出了优化设计的方法.指出在目前条件下,通过对电力推进舰船中央冷却系统的优化设计,将会对系统运行的可靠性和经济性提供保障.     

载人潜水器耐压球壳的多目标优化设计

采用基于响应面(RSM)近似模型和遗传算法(GA)对某深海载人潜水器耐压球壳进行多目标优化设计。首先建立深海载人潜水器耐压球壳的结构优化模型,通过试验设计(DOE)获得设计目标的响应特性,拟合得到响应面近似模型,最后采用Pareto遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到潜水器耐压球壳的优化设计方案。     

豪华邮轮大型剧场内支柱布局优化设计

豪华邮轮大型剧场内通常要求设置尽量少的支柱形成尽可能大的支撑空间，存在优化需求。目前的支柱布局多依赖工程师的设计经验实现，缺少数学优化方法的支撑。对此，建立一套基于变密度拓扑优化法的支柱布局优化方法，利用单元相对密度确定设计域内各支柱的“重要性”，通过简化算例验证该方法的可行性。针对目标邮轮大型剧场，采用建立的支柱布局优化方法获得初步的支柱优化方案。经结构动响应校核和二次设计修正，获得工程化的支柱布局优化设计方案。通过对比新、旧方案的多项响应发现，优化设计效果较好，表明该方法在实船优化设计中有效且可靠，可供豪华邮轮大型剧场内的支柱布局优化设计参考。     

基于任务驱动的舰船集成优化设计方法及应用

在确定舰船平台装载容量和主要作战性能指标的前提下,针对由于舰载资源扩展的约束性、多维度多任务执行的并发性而导致的舰船综合作战能力最大化与空间、排水量、能量及信息等资源稀缺性之间的矛盾,打破以往基于功能堆砌的集成方式,提出基于任务驱动的集成方式,形成创新集成优化设计方法,用于指导总体设计方案优化,从而实现舰船功能系统的冗余优化和减员增效目标。论文提出了舰船集成优化设计流程;建立了集成优化效果的多目标综合评价模型;然后针对作战航行任务完成了详细的集成优化实施方案和计算过程。案例应用结果表明:采用论文提出的方法生成优化方案,与原方案相比,人员编制缩减27.3%,集成优化效果提升15.1%。该方法具备良好的工程适用性,可为优化装舰系统规模、提高系统运行效率、减少人员编制以及降低全寿期费用等提供普遍适用的解决方案。     

水闸整体结构优化设计——以软土地基为例

在软土地基上如何优化水闸整体结构方面,本文以某水闸为具体工程实例,依据实际土质的参数,利用有限元分析软件建立起数学模型,进行优化设计。在该数学模型中,将闸室以及基础结构的几何参数作为设计变量;将水闸的最小造价作为目标函数,将闸室结构的抗滑稳定性、基底应力、地基承载能力、桩基和闸室的结构强度,以及桩顶水平位移和闸室沉降作为约束条件。利用ANSYS有限元分析软件中的优化设计模块,对水闸结构进行优化设计,在进行数值计算后,对其结果进行分析,得出水闸整体结构设计和闸室结构设计的优化方案。通过分析,经过优化设计后,水闸总造价减少2.6%。当桩顶水平位移达到极限值时,优化效果更加明显。     

船舶典型节点的形状优化设计

船舶结构容易在连接构件处产生应力集中。采用子模型方法对应力集中区域进行精细化分析,并提出节点连接构件形状优化设计数学模型。基于节点子模型,分别以肘板和垂直桁的形状参数为设计变量,以关注区域结构最大Mises应力极小化为目标函数,采用Optistruct软件进行形状优化设计。计算结果表明,优化方案大幅降低了节点结构的最大Mises应力,同时应力分布更加均匀,为船舶节点结构精细化设计提供了参考。     

两层分级多学科设计框架在AUV的总体设计中的应用

将多学科优化方法作为一种新的设计方法应用于AUV的总体性能优化设计中.文中构建顶层控制系统层和并行独立子系统底层的两层分级的多学科优化设计框架,来实现AUV总体设计的有效载荷部分长度和推进力最大化和总重量最小化等的多个设计目标.使用的设计工具为商业软件iSIGHT和Fortran.     

舵系统加速寿命试验方案优化设计

论文对导弹舵系统的加速寿命试验方案进行了优化设计.优化设计过程以舵系统在贮存应力水平下,p阶分位寿命渐近方差最小作为优化设计的准则,以舵系统中位寿命渐近方差作为舵系统加速寿命试验方案优化目标函数.通过寻优计算,得到了导弹舵系统在温度和湿度两个试验应力作用,应力水平组合数为4和5时,其温度和湿度的应力水平、样本分配比例vi、每组试验截尾时间τi的最优值,并利用方差因子相对百分比确定了此时的合理测试次数为6.对优化方案进行的敏感性分析表明,优化试验方案对导弹舵系统的加速模型参数具有较好的鲁棒性.     

基于静水阻力与参数横摇的集装箱船线型优化研究

对一条8000TEU集装箱船进行线型优化时不仅考虑了静水阻力性能,还将参数横摇指标用于判断集装箱船线型的优劣。在获得8000TEU集装箱船两个优化方案的静水阻力后,采用非线性时域面元法对两个方案的参数横摇进行了系统分析。分析结果表明,在相近静水阻力性能和同样的海况中,A1方案的最大参数横摇幅值明显小于A0方案。论文研究为集装箱船性能的优化增加一项目标,为集装箱船线型优化设计提供了新的思路。     

载人潜器非耐压结构多目标优化设计

基于近似模型技术和多目标优化理论开展框架结构优化设计。针对传统优化方法不能实现自动计算和连续优化的问题,采用APDL参数化语言实现了框架结构的参数化建模,并将Ansys与ISIGHT集成搭建了框架结构的优化设计流程。基于试验设计,根据灵敏度分析完成了框架结构设计变量的筛选,通过近似模型的精度分析构建了框架结构响应面近似模型。采用响应面近似模型进行数值计算,使用智能优化算法完成框架结构单目标和多目标优化设计,并将结果与有限元计算值对比,验证基于近似模型优化的准确性。     

SBD技术在"探索一号"科考船线型设计中的应用

文章介绍了"探索一号"科考船船体改型设计及基于数值仿真方法(Simulation Based Design,SBD)的艏部线型优化设计。首先,依据总体设计要求,对原船艏部进行了加长并开展了线型设计,采用基于RANS的数值评估方法对改型前后船舶阻力进行计算分析。在此基础上,采用SBD技术开展了艏部线型优化设计,以设计航速时的总阻力作为目标函数,FFD方法实现船体几何自动重构,利用粒子群优化算法对线型优化设计问题进行求解,设计结果表明:在满足工程约束条件下,最优方案总阻力收益十分显著,航速12kns时模型总阻力减小了7.7%,剩余阻力系数减小了26.6%。     

基于粒子群算法的高斯过程建模对双脊喇叭天线优化设计

目前喇叭天线的优化设计主要采用优化算法与电磁仿真软件HFSS相结合的方案,但使用HFSS进行大量的精确电磁仿真花费时间较长且对硬件要求较高.为了解决这个问题,提出一种在优化过程中利用高斯过程模型替代全波电磁仿真软件的方法,并应用粒子群算法进行了优化设计,这种方案可以有效减少优化设计所需的时间.利用该方法对双脊喇叭天线进行了优化设计,在大幅减少优化时间同时能够满足设计指标,证明该方法的有效性.目前国内尚没有使用高斯过程模型代替HFSS仿真作为粒子群算法适应度函数进行天线优化设计的研究,这表明了该方法的创新性.