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基于参数化的水下航行器主体结构设计优化研究
| 论文题名： | 基于参数化的水下航行器主体结构设计优化研究 |
| 关键词： | 水下航行器;主体结构;优化设计;参数驱动 |
| 摘要： | 水下航行器是人类探索和开发海洋的重要工具，其主要由结构、导航、控制、推进、能源等系统组成。其中，主体结构由耐压和非耐压结构等组成。耐压结构为大量设备提供了布置空间，非耐压结构决定了水下航行器的外形和舷外空间。主体结构对于水下航行器的水动力、总布置、水下安全，乃至维护与使用等诸多方面均有重要的影响。水下航行器主体结构设计是一个典型的多学科、多目标设计过程，传统串行设计模式人为地割裂了其各子系统间的耦合关系，未能将其作为一个整体进行设计，难以获得全局最优结果。本文以一型水下航行器的主体结构为研究对象，将多学科设计优化和参数化方法引入到其中，主要工作内容如下: (1)在对于水下航行器主体结构形式进行分析的基础上，将其划分为耐压壳、非耐压框架、轻外壳和总布置四个子系统，明确了各子系统设计过程的变量，确定了变量之间的关系，采用STAR-CCM+、ABAQUS分别对于艇体阻力、耐压壳结构强度及稳定性等进行了计算，通过与文献及规范进行对比，验证了数值计算方法的准确性。 (2)基于编译语言Python与Java分别对结构有限元分析软件ABAQUS和计算流体力学软件STAR-CCM+宏文件进行了二次开发，实现了基于参数驱动的三维模型建立、边界条件设置、网格自动划分、自动分析计算等功能。研究了试验设计方法，选取了试验点并获得了各子系统输入与输出变量间的对应关系。 (3)研究了多学科设计优化的近似模型技术。依据系列结构的设计试验、外形阻力分析结果，分别建立了耐压壳结构强度和稳定性、非耐压框架结构强度、艇体阻力与各子系统设计变量间的近似模型，对各设计变量进行了灵敏度分析。 (4)研究了协同优化方法的基本思想和原理，明确了各子系统级与系统级变量间的数据交换关系。研究了改进的非支配解排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)，进一步对于CO、NSGA-Ⅱ、近似模型等进行了集成，建立了水下航行器主体结构优化框架，进行了框架的优化求解，相比初始方案，优化结果明显。 |
| 作者： | 苗怡然 |
| 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： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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