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多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究
| 论文题名： | 多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究 |
| 关键词： | 船舶设计;随机不确定性;多学科稳健设计优化;Kriging近似模型;多维多项式混沌 |
| 摘要： | 通常船舶多学科设计优化仅考虑确定性因素的影响，忽视实际船舶设计优化中不确定性因素的存在，显然其优化结果无法真正保障船型方案的可行性，所以考虑到不确定性因素存在的实际问题，本文应用多学科稳健设计优化方法进行船舶方案的设计优化研究。多学科稳健设计优化的重点在于多学科分析和不确定性量化过程，目前不确定性量化过程主要集中在一维不确定性研究。为了得到稳健可行的船舶优化方案，本文通过分析考虑随机不确定性因素均匀分布和正态分布并存的分布状况，以勒让德多项式（Legendre Polynomials）和埃尔米特多项式（Hermite Polynomials）为基础推导出了多维随机多项式混沌方法，然后以海洋平台支持船为研究对象，构建了多维随机不确定性量化分析模型，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。本文主要研究内容具体包括： 1、考虑到船舶实际航行中存在不确定性因素，本文在船舶设计优化中应用多学科稳健设计优化方法。从数学建模、近似模型技术、多学科优化框架和不确定性量化四个方面详细介绍多学科稳健设计优化方法理论，并对常用的优化框架进行比较。 2、为了减少优化过程中计算量，缩短计算周期，提出构建基于CFD的船舶阻力近似模型来代替数值仿真及模型试验结果。采用拉丁超立方法（Latin Hypercube Sampling，简称 LHS）进行试验设计，在与模型试验进行对比与修正的基础上，进而构造出多项式响应面（Response Surface Methodology，简称RSM）、径向基函数（Radial Basis Functions，简称RBF）、Kriging三种近似模型，并对三种近似模型进行精度对比。 3、考虑实际船舶设计中存在多维不确定性因素，在分析一维多项式混沌方法理论的基础上，针对随机不确定性因素均匀分布和正态分布并存的分布状况进行深入研究，以散货船为研究对象并在不确定性量化过程中应用多维多项式混沌方法，最终优化结果证明了多维多项式混沌方法在不确定性量化过程中的可行性和有效性。 4、针对海洋平台支持船进行了多学科稳健设计优化的子系统划分，综合考虑各项性能及实际航行过程中不确定性因素的影响，将多维多项式混沌方法引入到海洋平台支持船多学科稳健设计优化过程中，实现多维随机下船舶多学科稳健设计优化系统平台的构建。最终优化结果对比证明应用多学科稳健设计优化保证了目标性能在多维不确定性因素存在的情况下不会发生恶化，从而获得更为可靠的船舶优化方案。 |
| 作者： | 赵欣 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 李冬琴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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