多目标模糊优化在船舶结构设计中的应用

船舶结构设计的科学性决定了其强度、刚度等机械特性,也决定了船舶的航运能力。传统的船舶结构设计往往无法对非确定性因素(比如变化载荷、鲁棒性等)进行全面的考虑,一旦初始设计变量出现小幅度变化,设计结构的可行解就有可能成为非可行解或者偏离解。本文针对船舶结构设计出现的多变量、多目标问题,结合多目标模糊优化算法和有限元分析等技术,提出一种船舶结构设计的多目标优化方法。     

知识工程在船舶结构优化设计中的应用

针对船舶结构设计变量是涉及多种设计和约束条件的离散变量,造成结构优化的高度非线性、多峰性等问题,而且设计过程中需要设计规范和专家经验等知识支持,结合其具有很强的综合性、模糊性等特点,提出了基于知识工程的船舶结构优化设计方法。该方法利用知识工程与结构优化相结合,将获取的设计知识构建知识库应用于船舶结构优化设计,并通过知识工程技术实现参数化结构模型与优化数学模型的相互转化,降低结构优化设计对用户知识水平的要求。水密横舱壁结构的优化设计算例表明,满足约束要求的情况下,其结构重量在优化后比优化前降低了,保证了结构性能合理的同时实现重量最轻的目标;将结构参数化模型和数学优化模型结合在一起,为设计经验少的设计者提供了一种结构设计的捷径;实现了从不同资源中获取知识并应用于优化设计过程,促进设计能力的提高,降低优化设计过程对知识和经验的依赖。     

船身截面结构优化设计

合理的船舶截面设计方案是提高船舶结构设计质量以及航行安全性的重要途径,为了提高船舶结构截面刚度,本文将有限元法与变密度理论相结合,将整个船身截面作为设计区域。以结构密度作为设计变量,最小化结构柔度作为设计目标函数,对船身截面进行优化设计。本文优化得出的船身截面对原船身结构改动不大,同时具有较好的结构加工工艺性,可为船舶结构刚度设计提供参考。     

基于规范计算的油船中剖面优化设计

为降低船舶造价，最大限度地实现船舶的轻量化设计，基于船体尺寸优化的思想，以油船中剖面结构为研究对象，采用法国船级社规范计算工具Mars2000对油船中剖面进行结构定义和载荷计算，通过优化分析软件ISIGHT集成设计变量、约束条件、目标函数，建立参数数据流；开发基于协调共同结构规范（Harmonized Common Structure Rules, HCSR)计算的船舶尺寸优化系统，获得油船中剖面结构设计方案。优化后中剖面面积比原始设计减少6.4%，实现油船的轻量化设计。     

基于粒子群算法的无源滤波器多目标优化设计

为解决电力推进船舶谐波污染等问题,以电力推进船舶电能质量为研究对象,使用粒子群算法,以无源滤波器的投资成本、滤波效果和无功功率补偿能力作为优化对象进行多目标优化,并在此基础上采用离差排序法确定各目标函数权重,进行多目标优化设计无源滤波器;以"丰隆01"号自升、自航石油工程船电网参数为例进行计算,得到滤波器多目标优化结果;为进一步验证优化结果的正确性,按照船舶电网参数在MATLAB/SIMULINK中构建仿真模型,验证该方法的可行性和优越性。结果表明:该方法具有可行性与实用性,且可实现更灵活的谐波抑制。     

基于矩不确定分布鲁棒优化的船舶舱室布局设计

船舶舱室布局所涉的评价指标通常具有不确定性,诸如环境载荷等参数通常以不确定性的随机变量形式参与计算,且其概率分布的期望及方差等指标往往也是不确定的。本文采用矩不确定分布鲁棒优化方法,解决含矩不确定参数的船舶舱室布局min-max优化问题。将各舱室的全局位置参数、相对位置参数和质量分布参数加权整合为目标函数,建立全船范围内的舱室布局DRO-MU优化模型,采用拉格朗日对偶原理将其转为确定的半定规划问题以便求解。算例验证了本文方法的合理性与优越性,该方法针对性地用于解决含矩不确定参数的船舶舱室布局问题具有鲜明特点。     

基于多维多项式混沌展开法的船舶不确定性优化设计

以船舶不确定性优化设计为对象,分析考虑多个随机变量对优化目标和约束的影响,提出一种基于多维多项式混沌展开法(PCE)的船舶不确定性优化设计,并将其应用于散货船工程优化实例中,保证船舶的稳健性和可靠性。     

基于区间分析方法的船舶不确定稳健设计优化

实际船舶优化设计中,大量不确定因素的存在可能会导致船舶性能达不到预定的设计目标。因此为了保证船型方案的可行性,本文将区间分析方法应用到不确定稳健设计优化中,以一条散货船的概念设计为例,针对单个不确定变量存在和多个不确定变量共同存在的情况,分别进行研究,以单位运输成本的中值和半径最小为目标,采用双层嵌套优化体系,内层采用多岛遗传算法求解目标函数的区间,外层采用NSGA-II算法来优化目标函数,从而保证船舶的稳健性。     

舰船典型节点参数化建模及形状优化

给出一种船舶结构典型节点的参数化建模及形状优化方法,利用APDL建立某典型节点参数化模型的方法,将该节点形状参数定为设计变量,节点的应力集中系数作为优化设计的目标函数。通过不断改变形状参数,找出较小的应力集中系数。结果表明,该方法可有效降低应力集中,为舰船典型节点结构设计和优化提供参考。     

基于区间分析方法的船舶不确定稳健设计优化

实际船舶优化设计中,大量不确定因素的存在可能会导致船舶性能达不到预定的设计目标。为了保证船型方案的可行性,将区间分析方法应用到不确定稳健设计优化中,以一条散货船的概念设计为例,针对单个不确定变量存在和多个不确定变量共同存在的情况分别进行研究,以单位运输成本的中值和半径最小为目标,采用双层嵌套优化体系,内层采用多岛遗传算法求解目标函数的区间,外层采用NSGA-II算法来优化目标函数,从而保证船舶的稳健性。