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基于参数化的水下航行器设计优化研究
| 论文题名： | 基于参数化的水下航行器设计优化研究 |
| 关键词： | 水下航行器;优化设计;性能指标;有限元计算 |
| 摘要： | 针对传统水下航行器串行设计模式所存在的设计效率低、最优解获取难等问题，本文将阻力、结构等学科的自动连续分析与多学科设计优化方法相结合，开展了基于参数化的水下航行器设计优化研究，为水下航行器的总体设计提供参考。重点开展了以下工作: 1)外形与耐压壳设计。以参考文献与相关规范为依据完成外形与耐压壳结构的设计，进一步通过有限元软件对外形阻力、耐压壳结构强度及稳定性进行分析，分析结果与文献和规范校核结果相比误差较小，验证了有限元计算方法的准确性。 2)参数化建模的实现。基于Java与Python语言实现了水下航行器外形与耐压壳的参数化控制和生成，通过改变输入参数使模型自动更新，实现了阻力与结构学科有限元软件的自动连续计算。基于最优拉丁超立方试验设计方法，建立了两个学科的近似模型，以在优化迭代计算中替代耗时巨大的有限元计算。 3)阻力与结构学科的优化。对外形进行了单目标优化，得到阻力被显著降低的优化方案;对耐压壳结构进行了单目标与多目标优化，得到极限载荷增高且最大应力同时降低的优化方案。对两个学科的优化方案进行了有限元计算，结果表明近似模型预测结果与有限元计算结果相比误差较小，证明了本文建立的近似模型满足工程实际的要求。 4)多学科设计优化框架的建立。将水下航行器划分为阻力、结构、浮力与重量四个学科，基于多学科可行方法建立了多学科设计优化框架，并确定了学科之间的耦合关系。基于优化框架进行了水下航行器多学科设计优化，得到了2个在阻力、结构、浮力与重量四个学科中的性能指标均优于初始方案的优化方案，并且2个方案在目标函数的优化上各有优势，可供决策者根据具体需求进行选择。 |
| 作者： | 梁旭 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 高良田 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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