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基于鲁棒性的船体中横剖面多目标优化
| 论文题名： | 基于鲁棒性的船体中横剖面多目标优化 |
| 关键词： | 船舶设计;船体结构;载荷响应;鲁棒性设计;粒子群算法;船体横剖面;多目标优化 |
| 摘要： | 常规的结构优化设计中，由于未考虑设计变量等不确定性因素的影响，所得的常规优化解往往会处在可行域的边缘上，一旦设计变量发生波动变化时，这些解会发生偏离可行域从而变成非可行解的危险。鲁棒性设计是指通过调整产品设计变量的大小，从而降低产品质量对可控因子或者不可控因子扰动的敏感性，当可控因子和不可控因子出现偏差时，产品质量依然可以满足设计要求的方法。 鲁棒性设计的思想已在船舶优化设计中得到应用，但是在许多应用中，船体结构特性和载荷响应往往采用经验公式得到，船体结构由于本身构造和施加载荷的复杂性，结构特性和载荷响应也会变得非常复杂，若果采用公式的方法简单地描述两者，将会忽略船体结构之间以及载荷之间的相互影响和相互作用，致使优化结果出现较大的偏差，因而有必要采用有限元方法来进行船体结构分析，来精确分析其结构特性和结构响应，作为船舶结构优化的目标函数值或约束特性值。本文将鲁棒优化的思想与有限元分析相结合，提出了一种以有限元分析结果为基础的鲁棒性优化方法。论文的主要研究工作和内容如下： 首先，阐述鲁棒性的基础理论，鲁棒性设计的原理，目标，设计原则及相应的设计流程，分类介绍了传统的鲁棒性设计方法。在以上基础上，基于Matlab软件编写了一种搜索鲁棒最优解的多目标粒子群优化算法。 然后，将粒子群优化算法与有限元分析相结合，针对多用途船货仓区域三舱段模型进行分别以重量和最大应力为目标的单目标优化。 再次，为提高所提鲁棒性设计方法在船舶优化中的可用性，利用支持向量机方法建立舱段的近似模型，并对支持向量机的重要参数进行优化，从而达到提高支持向量机的性能和近似模型的精度的目的，收到满意的结果。 最后，将本文提出的搜索鲁棒最优解的多目标粒子群优化算法与高精度的舱段支持向量机近似模型相结合，完成该舱段的中横剖面的鲁棒性优化设计，并将鲁棒性设计结果与传统优化设计结果进行对比。 通过鲁棒性优化设计的结果表明，中横剖面的鲁棒性变得更好，舱段的最大应力以及其对设计变量的敏感性均有较大程度的降低，同时支持向量机近似模型的使用大大减少了优化过程中时间的消耗，增加了所提方法的可行性。 |
| 作者： | 彭清风 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王红霞;王德禹 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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