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粗糙集理论在船型优化中的应用研究
| 论文题名： | 粗糙集理论在船型优化中的应用研究 |
| 关键词： | 节能船型;优化设计;粗糙集理论;序列空间缩减 |
| 摘要： | 国际海事组织提出船舶能效设计指数（Energy efficiency design index，EEDI），这对绿色船型研发提出了新的挑战，必须大力开展节能船型的研究。随着计算流体力学（Computational fluid dynamics，CFD）和计算机技术的飞速发展，基于CFD的船型优化技术不断发展，成为开发节能船型的有效手段。该技术是将船体曲面参数化修改、计算流体力学仿真和最优化技术等进行集成，并应用于新船型的设计。 然而，船型优化设计是一个典型的复杂工程问题，它包含大量数值仿真计算、具有复杂的设计性能空间，从而导致优化效率低，难以获得全局最优解。目前，主要通过以下几个方面的研究来解决上述问题：1）开发高效的优化算法；2）提升近似模型预报精度；3）采用高性能集群计算机等。 尽管这些研究已在船型优化中得到应用，但在求解效率和解的质量上仍无法满足工程应用要求。在此背景下，本论文将设计空间缩减技术应用于船型优化，并对应用中存在的具体问题进行了研究。本文主要开展以下研究工作： 1）阐述了粗糙集理论（Rough set theory，RST）的基本知识，实现了优化问题的粗糙集理论表达，并通过函数算例介绍了粗糙集理论用于优化设计空间缩减的基本流程。 2）研究了设计空间缩减中的部分科学问题。首先，通过对比分析均匀设计和优化拉丁超立方设计，确定了均匀设计作为用于采样的试验设计方法；其次，用统计学原理分析了数据离散化中决策阈值的确定方法。最后，将设计空间缩减技术应用于KCS船型的兴波阻力优化。 3）提出序列空间缩减方法的应用，并研究了存在的具体问题。首先，利用区间理论研究了两组子空间交、并集的计算方法；其次，分析多组函数算例的空间缩减情况，为序列空间缩减应用于工程优化时，迭代终止条件的取值提供了建议。最后，以KCS船型的兴波阻力优化为例，验证了序列空间缩减技术应用于船型优化的可行性。 通过以上研究，本文提出了一种基于粗糙集理论序列空间缩减的船型优化方法。该方法能够显著缩减设计空间，将有助于提升优化效率、改善优化质量，进而加速节能船型的研发。 |
| 作者： | 董素贞 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 冯佰威 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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