一類(lèi)中高速單體船航行性能與結(jié)構(gòu)特征的綜合優(yōu)化技術(shù)初步研究.pdf

1、本論文以中高速單體船為主要研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其建立航行性能和結(jié)構(gòu)特征的綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，研究了一種適用于多目標(biāo)，多變量和多約束條件的實(shí)際工程問(wèn)題的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從而開(kāi)發(fā)了一套穩(wěn)定、有效的船舶優(yōu)化計(jì)算軟件。 對(duì)船舶而言，其航行性能和結(jié)構(gòu)特性不是兩個(gè)孤立的系統(tǒng)，兩者之間是存在一個(gè)相互制約的關(guān)系，如果研究人員僅僅只考慮航行性能的優(yōu)化而忽略結(jié)構(gòu)特性的優(yōu)化，那么優(yōu)化出的數(shù)據(jù)都會(huì)存在某些缺陷的。而且船舶結(jié)構(gòu)與航行性能是一個(gè)非常復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)

2、，傳統(tǒng)的優(yōu)化手段很難滿(mǎn)足其優(yōu)化精度的需要。遺傳算法的快速發(fā)展使其在船舶上得到廣泛的應(yīng)用，許多學(xué)者將遺傳算法用到船舶快速性、操縱性、耐波性或結(jié)構(gòu)特性上，但將航行性能和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行綜合優(yōu)化的研究相對(duì)較少，在高速船上的綜合優(yōu)化更是少。 高速單體船是比較常用的軍用船型，如果實(shí)現(xiàn)其航行性能與結(jié)構(gòu)方面的綜合優(yōu)化，不僅可以提高其安全性和經(jīng)濟(jì)性，而且可以提高軍船的戰(zhàn)斗力。本課題將遺傳算法與混沌算法進(jìn)行復(fù)合，以適用于多目標(biāo)、多變量和多約束條件的實(shí)

3、際工程問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)典型高速船航行性能與結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的綜合優(yōu)化，不僅可以改善其航行性能，而且具有廣闊的市場(chǎng)前景，這對(duì)中高速船來(lái)說(shuō)，將有十分顯著的意義。 首先，根據(jù)中高速單體船特有的航行狀態(tài)，參考了相應(yīng)文獻(xiàn)資料，將海軍系數(shù)公式進(jìn)行簡(jiǎn)單改變，使之成為適用于中高速單體船快速性?xún)?yōu)化目標(biāo)函數(shù)。由于高速單體船采用的都是雙軸雙槳的形式，對(duì)應(yīng)的螺旋槳敞水效率也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)回歸公式得到，而高速單體船的阻力計(jì)算采用了《高速方艉型功率預(yù)報(bào)方法——基于

4、速度的再回歸》一文中的回歸公式。 接著，建立高速單體船操縱性?xún)?yōu)化的數(shù)學(xué)模型，主要通過(guò)直航穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)表示，由于航向改變性和緊急制動(dòng)不僅與船-槳特性相關(guān)，而且受主機(jī)特性和舵角變化的影響，需要較多試驗(yàn)資料和數(shù)據(jù)來(lái)表述，設(shè)計(jì)階段預(yù)報(bào)和優(yōu)化有一定難度，而且重要度比較低。 然后，從典型高速單體船在海浪中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)出發(fā)，并借鑒現(xiàn)有船舶耐波性分析資料，本文將縱搖角和垂蕩的有義值作為高速單體船耐波性的目標(biāo)函數(shù)，并選擇對(duì)應(yīng)的

5、回歸公式。選取相應(yīng)的權(quán)值，將上述三個(gè)性能方面目標(biāo)函數(shù)線(xiàn)性加權(quán)，得到航行性能綜合優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。 隨后，查閱相關(guān)圖紙，根據(jù)高速單體船舯剖面結(jié)構(gòu)優(yōu)化的特點(diǎn)和復(fù)雜性，，基于艦船通用設(shè)計(jì)規(guī)范（GJB 4000-2000）提取約束條件并以舯剖面縱向構(gòu)件的單位長(zhǎng)度重量最輕為目標(biāo)函數(shù)，建立了高速單體船結(jié)構(gòu)力學(xué)特征優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。 其次，選擇相應(yīng)的權(quán)值，將上述兩種目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行線(xiàn)性加權(quán)，得到航行性能和結(jié)構(gòu)力學(xué)特征綜合優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。在選擇

6、算法方面，本文將遺傳算法與混沌算法復(fù)合構(gòu)造了一種遺傳混沌算法，并利用C++語(yǔ)言對(duì)其編制了界面友好的VC++軟件。同時(shí)對(duì)航行性能和結(jié)構(gòu)力學(xué)特征優(yōu)化數(shù)學(xué)模型分別進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，保存數(shù)據(jù)結(jié)果。 最后，簡(jiǎn)單構(gòu)建了高速單體船的艙段模型，并利用ANSYS軟件中的APDL語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化建模，然后根據(jù)優(yōu)化出的數(shù)據(jù)代入模型計(jì)算、分析，從而對(duì)優(yōu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析。本文對(duì)上述編制并試調(diào)好的程序進(jìn)行封裝，形成一套通用性較強(qiáng)的優(yōu)化計(jì)算軟件。

7、本課題編制的航行性能和結(jié)構(gòu)力學(xué)特征綜合優(yōu)化計(jì)算程序使用方便，而且只要稍加修改也可以分別用于每個(gè)具體航行性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)、高速單體船舯橫剖面結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化計(jì)算等研究；用APDL語(yǔ)言建立的高速單體船中部艙段模型，對(duì)基于有限元法的直接計(jì)算法來(lái)說(shuō)也是有一定的參考意義。本文中的程序?qū)τ谘芯扛咚賳误w船的初步設(shè)計(jì)，具有較大的參考價(jià)值。 當(dāng)然，由于論文研究時(shí)間和其他要素的限制，本文雖取得了階段性的成果，也存在一些不夠細(xì)致的地方，如：對(duì)高速單體船的