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。     

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。     

基于蒙特卡罗模拟的船体型线稳健优化设计

传统的船型优化仅考虑了确定性因素的影响,忽视了设计和使用中不确定性因素的存在,常导致船型方案不可行或航行性能较差。为了考虑不确定因素对船舶阻力性能的影响,在船型优化中引入稳健优化设计理论。首先,阐述了稳健优化设计的基本原理,在此基础上,以KCS船型为例,考虑了航速不确定性的影响,建立了稳健优化数学模型。其次,基于Isight平台完成了KCS船体型线稳健优化设计。试验结果表明:船体型线稳健优化设计可有效地减小船型方案失效的可能性,更符合工程实际。     

基于并行子空间设计的AUV多学科可靠性优化

确定性多学科优化设计所得的最优解时常会落在约束边界上，该最优解可能在不确定性因素的影响下滑落出可行域，无法满足工程实践的需求。本文在AUV的设计过程中，考虑随机不确定性因素对AUV性能的影响，结合并行子空间设计方法（CSD），嵌入不确定性分析策略，展开AUV设计领域中的多学科可靠性优化分析研究。研究结果表明：在并行子空间设计方法的系统级中，可以很方便地嵌入蒙特卡洛（MCS）可靠性分析方法，组成基于CSD-MCS串行不确定性多学科优化方法；在AUV的总体设计过程中进行多学科可靠性优化法分析，可提升概率约束条件可靠性，使优化结果更为可靠。     

海浪预报不确定下的船舶运动姿态分析方法

实时准确地估计海浪预报不确定下的船舶运动姿态是一个非常困难的问题.为解决该问题,通过分析海浪预报的随机误差对船舶运动姿态估计的影响,建立基于不确定性海况预报数据的船舶运动姿态估计模型;引入多项式混沌展开方法,实现船舶运动姿态估计的不确定性量化(Uncertainty Quantification,UQ);利用船舶横摇运...     

基于PCE法和最大熵法的船舶不确定性优化设计北大核心CSCD

[目的]船舶不确定性优化设计(UDO)的关键在于不确定性的量化(UQ),传统的蒙特卡洛方法较为耗时且计算成本较高,故提出一种基于多项式混沌展开法(PCE)和最大熵法(MEM)的船舶UDO方法。[方法]首先,选取较低计算成本的PCE法来量化多个不确定参数作用下输出的随机性质;然后,根据正交多项式的特点,采用基于线性无关原则的改进概率配点法(IPCM)求解PCE系数;最后,利用推导的约束前4阶矩,结合最大熵法求解约束的概率密度函数(PDF),进而在失效域上积分得到UDO关注的约束失效概率。[结果]研究结果表明:改进概率配点法可以给出最优的概率配点数目,并显著减少样本点数量;基于PCE法和MEM法求解约束失效概率时,与蒙特卡洛法结果对比,其在不额外增加计算量的前提下亦可满足精度要求;散货船工程算例的优化结果验证了PCE法较常用的蒙特卡洛法在精度和效率上更具工程应用优势。[结论]该不确定性优化设计方法可以高效准确地实现船舶设计方案的稳健性和可靠性。     

多学科设计优化方法在燃气轮机设计中的应用

提出了基于双循环方法的典型燃气轮机部件多学科可靠性优化设计方法,基于近似技术提升了优化效率,缩减了计算规模。以典型燃气轮机涡轮叶片为例实现了燃气轮机部件基于可靠性的多学科优化设计,与确定性优化设计结果比较,本方法可以显著提高燃气轮机部件设计可靠性。     

基于既往优化知识的稳健性优化方法

[目的]由于直接运用嵌套差分进化算法求解区间不确定性稳健优化问题十分耗时,提出一种能够减少耗时函数调用次数的稳健性设计优化方法.[方法]该方法利用临界距离内已经精确计算过的个体响应值的信息近似预测其他个体响应值,以此近似评估个体稳健性指标;利用进化过程中逐步扩充的精确个体响应值的信息,选择性地重新评估已往个体的稳健性,...     

基于iSIGHT的船舶结构多学科设计优化

探讨运用多学科理论解决船舶结构设计的优化问题。在多学科设计优化方法的基本理论框架下,建立了船体结构优化设计的数学模型,结合iSIGHT软件平台,进行了多学科设计优化框架分析。最后,采用遗传算法,对典型集装箱船应力和位移进行了优化设计。算例表明本文所采用的优化算法能应用于工程实际。     

基于混合优化策略的多学科协同优化及其应用

多学科设计优化为复杂系统工程设计提供了新的思路并成为优化设计领域的研究热点。针对传统多学科协同优化算法常常出现无法收敛或收敛陷入局部最优的问题,提出基于模拟退火算法和序列二次算法的混合协同优化(collaborate optimization based on simulated annealing and sequential quadratic programming,SA-SQP-CO),SA-SQP-CO应用模拟退火算法和序列二次算法的混合优化策略取代传统系统级基于梯度的求解方法,同时引入动态松弛的思想,在二阶段寻优过程中采用动态松弛量代替系统级一致性等式约束加强学科一致性、提高系统级收敛效率。以经典齿轮减速箱测试算例,通过与传统多学科协同优化算法比较,验证了该方法在优化结果可靠性、稳定性等方面有优势。最后,应用SA-SQP-CO算法求解抛物线型载荷下纤维加强悬臂梁轻量化设计问题以体现其工程实用性。     

土性参数的不确定性

分析研究了土性参数不确定性的来源,分类,特性及各类不确定性的分析计算方法和处理方法。为土性参数的取值奠定了基础。     

船模静水横摇试验的不确定度分析

为提高船模横摇阻尼力矩系数测量精度,对船模进行6次静水横摇试验。通过试验获得小角度船模静水横摇消灭曲线,根据最小二乘法计算得到的拟合曲线的斜率,即衰减系数;利用过原点拟合直线斜率的不确定度分析方法,得到衰减系数的不确定度;对横摇周期、横摇转动惯量的不确定度分别进行估算,进而得到阻尼力矩系数的不确定度。结果表明:衰减系数的B类不确定度分量对合成标准不确定度的贡献率达到了74.92%,衰减系数的合成标准不确定度分量在阻尼力矩系数的合成标准不确定度中占79.88%。横摇角的测量精度是横摇阻尼力矩系数不确定度的主要来源,提高横摇角测量仪器的精度,可降低阻尼力矩系数的不确定度。     

船闸设计通过能力的不确定性分析

船闸规划通过能力是确定船闸建设规模和标准的重要依据。由于在船闸规划阶段对船型、船闸上下游水位差以及货物流量、流向等3个关键参数选用与实际情况通常存在较大的偏差,导致预测结果出现严重的偏离,存在较大的不确定性,从而影响到船闸规模和布局论证的准确性。以江苏某船闸实际运行数据为例,运用船闸设计规范推荐的通过能力计算方法,对船闸上述3个参数在规划设计和实际运行两个不同阶段的差异进行分析对比,并对停泊条件做了符合性验算。结果表明:船闸设计参数对船闸通过能力分析结论影响巨大,按规范推荐船型和水位组合计算的船闸通过能力结果严重偏保守。在船闸规划设计阶段应该对船型及水位组合做进一步分析论证,才能提高船闸通过能力规划的准确性。     

气相色谱仪灵敏度的测量不确定度的评定

为了检定气相色谱仪数据的准确性,要考虑检定不确定度的影响.通过对气相色谱仪热导检测器(TCD)灵敏度进行校准过程中引入的不确定度分量进行了评定.TCD灵敏度的相对不确定度为2.1%,扩展不确定度为4.2%(k=2),所有检定项目中,标准样品进样量的不确定度是最大的.此方法简单、实用,可用于带色谱工作站的GC的校准.     

低功耗深海应答器的研制TP56

在传统的长基线水声定位技术基础上,设计了一套低功耗、深海应答器。系统设计中采用了对电源进行模块化管理,消除干扰、降低功耗的措施,延长了系统的工作时间。海试证明,能长时间对水下目标进行有效监测。     

水声定位标定系统水下基准位置不确定度分析

水声定位标定系统中水下基准(模拟目标声信号)位置的测量精度直接影响到对水声定位系统定位误差的考核。通过对水下基准中心位置不确定度的分析,为系统减小水声定位系统测量误差提供了理论参考,经海试证明该不确定度分析方法对提高水声定位系统标定精度有效。     

超高频磁场探头校准研究

介绍超高频磁场探头的校准原理，并对测量不确定度进行了详细的分析评定。     

光学平行装置精度测量及数据处理

通过对光学平行装置精度测量及数据的分析处理,确定了均方根、合成不确定度和扩展不确定度,为光学平行装置测量精度的校准提供了依据。     

考虑波浪影响的船速测量不确定度分析

试航时,对于在2级海况以上测得的船速数据,必须进行波浪修正.针对柏林水池(VWS)提出的波浪修正办法,以某油轮为例,采用GUM测量不确定度分析方法,对考虑波浪影响的船速测量进行了不确定度分析.