试议船舶的优化设计

本文结合设计实践，从创意策划、主尺度优化、结构优化及设备配置方面论述了船舶的优化设计。     

全局优化算法在船舶结构优化设计中的应用

为了提高船舶龙骨结构在受力过程中应力分布的均匀性和提高材料的利用率,本文采用Hypermesh软件建立了龙骨结构有限元模型,并结合其MORPH功能定义筋板形状变量,建立形状优化模型。随后,将全局优化算法与形状优化模型相结合,对船舶龙骨结构进行优化设计。结果表明,在筋板交错位置增加筋板高度能够有效提升龙骨结构整体刚度,其余位置可以采用较小的筋板高度。本文研究可为船舶龙骨结构改进设计提供参考。     

大型中速船舶快速性和操纵性综合优化研究

本文将遗传优化算法应用于大型中速船舶快速性和操纵性综合优化，建立了船舶快速性和操纵性综合优化数学模型，编制了计算软件。大量计算结果表明该算法和计算软件用于求解船舶快速性和操纵性综合优化问题是可行的。     

基于粒子群算法的船舶定位系统故障优化

船舶的锚泊方式只适合在浅水区进行定位,随着人类探测和航运活动逐渐向着深海拓展,适用于深海的船舶动力定位方式被开发和应用起来。本文研究的主要内容是船舶定位系统的故障诊断和优化,本文首先介绍了一种新型寻优算法-粒子群优化算法的原理和基本流程,然后针对船舶动力系统的结构及常见的故障类型,建立了动力定位系统的故障优化模型,并开发了基于粒子群算法的船舶定位系统故障优化策略,对改善船舶动力系统的故障诊断与优化有重要的价值。     

网络拓扑结构分析在船舶配电网络中的应用

船舶配电网络主要由电站、电网和监控系统组成,而电网结构的好坏会直接影响到电能传输的效率,因此通过优化网络拓扑结构,可以实现高效的电能传输。本文主要研究了船舶配电网络的组成原理,并结合分布式配电网络的主要特点,对其拓扑结构进行建模,分析网络中的功耗和负荷分布。通过合理设置监控节点,可以有效对船舶配电网络中的损耗进行控制。通过对数学模型进行仿真,得到了优化后的网络拓扑结构能耗变化曲线和稳定性曲线。     

船舶空间优化中遗传算法的应用

随着海洋经济的发展,船舶朝着大型化、强动力方向发展。船舶设计工程需要考虑空间、动力、结构各方面因素,本质是一个多目标优化问题。船舶优化涉及因素越来越多,传统的基于单目标的优化解决方法已经不能适应船舶的现代设计方法。遗传算法是模拟生物自然选择进化过程的算法,能够解决多目标优化中的多组非劣解集合问题。本文设计基于遗传算法的船舶空间优化方案,给出船型、空间与阻力之间的最佳方案,最后给出仿真结果。     

小水线面双体船结构优化

本文对小水线面双体船结构优化设计方法进行了研究。以-570t外倾式小水线面双体船为结构优化对象,根据劳氏船级社特种船舶入级规范中的有关要求作为其约束条件,利用混合离散变量优化方法(MDOD法)对该船进行了结构优化设计。     

船舶坐墩配墩优化

本文建立了船舶坐墩配墩优化设计的数学模型，采用分级优化方法和约束变尺度算法在微机上求解。讨论了墩木搁置基础、墩木最大容许承压面积及船体首、尾结构强弱对优化结果的影响。本文方法已在实际中应用，收到了良好的效果。     

集装箱船上层建筑结构优化研究

针对船舶上层建筑结构抗压性低的问题,提出集装箱船上层建筑结构优化研究。利用结构有限元理论,对船舶上层建筑的结构参数进行提取并优化,结合BP神经网络计算上层建筑的结构优化特征,在参数优化和结构特征计算的基础上,对上层建筑结构的尺寸、形状和拓扑进行优化,实现船舶上层建筑的结构优化过程。仿真实验结果表明,上层建筑结构优化方法能够提高集装箱船上层建筑的抗压性,具备有效性。     

多目标模糊优化在船舶结构设计中的应用

船舶的结构设计过程需要分析和处理大量的不确定性因素,比如结构尺寸、载荷、强度和配合公差等参数,是一个典型的多目标优化过程。为了提高船舶结构的质量,对大量不确定性因素进行优化求解具有重要的意义。本文根据船舶结构设计过程的不确定因素,建立多目标模糊优化函数模型,并采用多目标分层序列法和权重分配法对具有重要性差异层次的目标函数进行判定,找到船舶结构设计参数的最优解。     

基因演算法於船体加强板架之最佳化设计应用

船体结构之最佳化设计是一个复杂非线性的混和离散问题,并且要搜寻到全域的最佳值并不容易。在复杂的设计环境下基因演算法（Genetic Algorithm;GA）却可以搜寻到近似的全域最佳值。本文主要是应用基因演算法对T加强板架（Tee stiffened panel）、平板加强板架（flat-bat stiffened Panel）等常用且最具代表性之船体结构件进行最佳化设计,使结构在满足终极破坡限制（ultimate failure constraints）与耐用破坏限制（serviceability failure constraints）等所有限制条件下,求得最佳目标函数值中各设计变之最佳组合。在过程中并考量不同族群大小、变换机率、突变机率因素对最佳化结果的影响。文中是以制造成本为目标函数,其中同时考量材料成本及劳工成本,且所得之结果与连续性线性规则（Sequential Linear Programming;SLP）最佳化结果作了比较。计算的结果显示基因演算法可以有效地与快速地获得最小重量和最低成本的目标。     

一种船舶结构优化的实用方法

本文针对船舶结构优化设计中普遍存在的混合离散变量的现象，应用一种简便而实用的估化新方法－模拟退火算法直接获得最优解，而需地离散散现象进行了“规格化”后处理，以舱口盖和槽形舱壁的结构优化为例，详细讨论了模拟退火过程中冷却过程进度表优化质量及效率的影响。     

基于量子行为遗传算法的船体局部结构优化设计

采用遗传算法解决船舶复杂结构中混合设计变量优化问题时,其效果很有效,且能获得全局最优可行解。然而,简单遗传算法局部搜索能力差且易于早熟。为了提高对船舶复杂结构设计变量解空间的搜索能力,该文设计了一种基于二进制编码的适用于混合变量的量子行为遗传算法,比较适合于复杂函数的全局寻优,且搜索能力优于标准遗传算法。通过三个算例对算法的寻优能力进行测试,实验结果表明,采用量子行为遗传算法进行的船体局部结构优化设计具有较好的计算质量与计算效率。     

Least-weight topology and size optimization of high speed vehicle-passenger catamaran structure by genetic algorithm

Selection of the “best” or “optimum” engineering design has always been a major concern of designers. Reduction of hull weight is the most important aim in the structural design of many ship types. But the ability of designers to produce optimal designs of ship structures is severely limited by the calculation techniques available for this task. Complete definition of the optimal structural design requires formulation of size–topology–shape–material optimization task unifying optimization problems from four areas and effective solution of the problem. So far a significant progress towards solution of this problem has not been achieved. In other hand in recent years attempts have been made to apply genetic algorithm (GA) optimization techniques to design of ship structures. An objective of the paper was to create a computer code and investigate a possibility of simultaneous optimization of both topology and scantlings of structural elements of large spatial sections of ships using GA. In the paper GA is applied to solve the problem of weight minimization of a high speed vehicle-passenger catamaran structure with several design variables as dimensions of the plate thickness, longitudinal stiffeners and transverse frames and spacing between longitudinals and transversal members. Results of numerical experiments obtained using the code are presented. They show that GA can be an efficient optimization tool for simultaneous design of topology and sizing high speed craft structures.     

基于正交设计与 BP -GA 算法的船体结构耐撞性能优化设计

船体结构耐撞性优化设计的主要目的是在船舶碰撞研究的基础上对结构进行优化设计,提高船体结构的耐撞性能。基于正交试验设计、BP神经网络和遗传算法,形成了船体结构耐撞性能优化设计方法。提出了一种耐撞性综合指标,并以此指标作为优化的目标函数,以结构质量为约束条件,利用MSC/Dytran有限元软件对船舶碰撞进行数值仿真,完成对某船舷侧结构进行耐撞性优化设计,结果表明优化过后结构耐撞性能有较大提高,这为结构耐撞性能优化设计提供了一种新的思路和方法。     

Multi-objective topology and size optimization of high-speed vehicle-passenger catamaran structure by genetic algorithm

Ship structural design has become recently an ever more important and difficult task, because it should always take into account several estimation criteria which are a crucial element of shipyard management, as the hull structural strength is one of the most important factors of overall ship safety, and the total cost of structural materials used for the construction of a ship is a significant part of her total construction cost. Simultaneously, a complete definition of the optimal structural design requires a formulation of size-topology-shape-material optimization task unifying the optimization problems from these four areas and giving an effective solution of this problem. So far, a significant progress towards a solution of this problem has not been achieved. An objective of the underlying paper was to develop an evolutionary algorithm for multi-objective optimization of both topology and scantlings of structural elements of large spatial sections of ships. In the paper an evolutionary algorithm where selection takes place based on the scalar objective function is proposed and applied to solve the problem of structural elements weight and cleaned and painted surface area on a high-speed vehicle-passenger catamaran structure with several design variables, such as plate thickness, scantlings of longitudinal stiffeners and transverse frames, and spacing between longitudinal and transversal members. The results of numerical experiments with the use of the developed algorithm are presented. They show that the proposed genetic algorithm can be an efficient multi-objective optimization tool for simultaneous design of the topology and sizing of ship structures.     

基于小生境遗传算法的单体船船型参数优化

针对船型参数优化中变量众多的特点,提出了一种基于小生境遗传算法和Holtrop总阻力计算公式的单体船船型参数优化方法.该方法中以总阻力作为目标函数,以主要船型参数为优化变量,在保持排水量不变的情况下优化主要船型参数,得出修长系数、水线面系数和宽吃水比均能收敛到相应的临界值,因此优化时可优先确定这些参数值.采用该方法对DTMB5415船的船型参数进行了优化,结果显示优化后的船型总阻力性能要明显优于原船型.该方法对于单体船船型参数优化具有较强的实用性.     

采用遗传算法进行球鼻艏优化的流体动力计算(英文)

Computational fluid dynamics(CFD) plays a major role in predicting the flow behavior of a ship.With the development of fast computers and robust CFD software,CFD has become an important tool for designers and engineers in the ship industry.In this paper,the hull form of a ship was optimized for total resistance using CFD as a calculation tool and a genetic algorithm as an optimization tool.CFD based optimization consists of major steps involving automatic generation of geometry based on design parameters,automatic generation of mesh,automatic analysis of fluid flow to calculate the required objective/cost function,and finally an optimization tool to evaluate the cost for optimization.In this paper,integration of a genetic algorithm program,written in MATLAB,was carried out with the geometry and meshing software GAMBIT and CFD analysis software FLUENT.Different geometries of additive bulbous bow were incorporated in the original hull based on design parameters.These design variables were optimized to achieve a minimum cost function of "total resistance".Integration of a genetic algorithm with CFD tools proves to be effective for hull form optimization.     

基于有限元法的小水线面双体船结构优化

小水线面双体船结构复杂,需要有效的工具对其进行优化设计,在满足强度刚度要求的情况下控制结构重量.本文利用优化软件Altair.OptiStruct、Msc.Nastran、iSIGHT对一艘小水线面双体船结构进行了尺寸优化、形状优化、和拓扑优化.结构优化基于有限元法完成,以结构重量作为目标函数,结构应力作为约束条件.优化结果表明,通过选择适当的设计变量,能够在结构应力不超过规定上限的条件下使结构重量显著降低并达到最小值.     

模糊混沌算法及其在船舶性能或结构特性综合优化的应用研究

将限界搜索模糊优化与混沌算法复合构成限界搜索模糊混沌算法,并将其应用于大中型船舶性能或结构特性综合优化计算分析中.建立了以加权和形式为目标函数的综合优化数学模型,编制了计算软件,进行了大量对比计算.计算结果表明:这些优化方法和计算软件界面友好、可靠性和计算效率高,并且具有较高的实用性,运用于大中型船舶性能或结构特性综合优化是切实可行的;对于大中型船舶方案或初步设计也有使用价值.