非线性规划在船型方案设计中的应用

随着船舶工业的飞速发展 ,船舶的优化的设计工作已由计算机辅助设计系统完成。通过对广西贵港航区“6 0t× 5 5kW”客货船总体设计中尺度方案最优化的论证 ,具体讨论非线性规划在船型方案设计中的应用。首先根据设计船舶的具体要求确定设计变量、目标函数及约束条件 ,构造出描述有关技术及经济性能的数学模型 ,其次运用“运筹学”中有约束条件的非线性规划问题的罚函数算法、多目标决策问题的分层序列算法 ,结合MATLAB强大的“OptimizationToolbox”进行优化计算 ,最后通过航区内 3种型船的实际营运效果的对比得出船型方案优劣结果     

船型方案优化设计的应用探讨

根据设计船舶的具体要求确定设计变量、目标函数及约束条件，构造描述船舶优化设计的数学模型。运用有约束条件非线性规划问题的罚函数算法、多目标决策问题的分层序列算法，结合MATLAB“Optimization Toolbox”进行优化计算。计算结果和实际营运效果表明，优化船型船舶与本航区同类非优化船型船舶相比，营运性能有显著提高。     

非线性规划在船型方案设计中的应用

根据设计船舶的具体要求确定设计变量、目标函数及约束条件，构造出描述船舶优化设计的数学模型。运用有约束条件的非线性规划问题的罚函数算法、多目标决策问题的分层序列算法，结合MATLAB Optimization Toolbox进行优化计算。计算结果表明，优化船型与非优化船型相比，营运性能将有所提高。     

非线性规划法的最小阻力船型研究设计

以往采用模型试验方案缺少对阻力函数分析,导致设计效果较差。为了获得阻力性能优良船型,利用非线性规划研究最小阻力船型。以兴波阻力、粘压阻力和平板摩擦阻力之和的总阻力为目标函数,设计变量,以此修改船型参数。设置基本约束条件,结合最小阻力船型优化流程,分别对改良后的横向剖面和线型进行分析,由此完成最小阻力船型设计。以集装箱船为试验对象,对比分析模型试验方案和非线性规划方案船型所受阻力情况。由对比结果可知,明显降阻效果证实非线性规划方案更为合理。     

极地运输船货舱区舷侧冰带骨架系统优化

本文以中国船舶及海洋工程设计研究院(MARIC)研发的某20 000吨级PC5级极地多用途运输船为目标船型,建立货舱区计算模型。基于IACS URI规范关于冰载荷及相应计算工况的要求,进行冰载作用下中部冰带区域舷侧结构有限元分析。在此基础上,集成Isight/Nastran对目标区域冰带骨架系统进行优化设计。以目标区域冰带结构重量最轻为目标函数,以结构合成应力、板格屈曲限制以及其他相关规范尺度要求为约束条件,重点对冰带骨架系统进行分级优化设计。具体优化方案为:基于货舱区舷侧冰带结构,初步设定四型骨架系统布置方案;采用多岛遗传算法(MIGA)分别对各个方案进行优化;最后对四型优化后的方案进行对比分析,综合评估得出适用于目标船型的相对最优方案。本文所得出的结论有力地指导了目标船型开发工作,所总结得出的优化思路、解决途径可进一步扩展应用至高冰级极地船型。     

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%。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化。文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能。优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-II)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型。结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化.文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能.优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-Ⅱ)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型.结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求.     

船舶航线规划数学建模及求解的人工智能算法

在原有的船舶航线规划数学建模求解算法的使用过程中,其对航向目标函数构建能力较差,导致航向运行成本较高。因此,设计船舶航线规划数学建模及求解的人工智能算法。在航线规划数学模型构建前,需要对路线规划问题进行描述与假设,并设定合理的目标函数。根据此目标函数,选定线性函数作为蓝本,构建约束条件过滤器,同时使用此约束条件过滤器处理结果对可行航线展开分析,得到最优航线方案。构建仿真实验环节,通过与目前使用的求解方法对比可知,此算法的航线选择结果最佳,且成本最低。     

半潜维修船船型多目标优化与单目标优化比较研究

自航式半潜维修船是基于集成创新理念设计的集高技术与多功能于一体的新船型。为选择最优的半潜维修船船型方案,以载重量与主尺度比值RRDW、甲板作业面积SWDS和每日作业收益P这3个指标为目标函数,建立半潜维修船船型论证模型,并采用理想点法和多目标遗传算法求解该模型。以一艘5万吨半潜维修船对故障船舶开展维修作业为例进行算例检验。两种方法均能实现对模型的求解,理想点法能提供距理想点更近的船型方案,而多目标遗传算法能提供更丰富的船型方案。计算结果验证了该模型的有效性,表明该模型能够为半潜维修船的论证选型提供决策支持。