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基于近似模型的参数化船型优化设计研究
| 论文题名： | 基于近似模型的参数化船型优化设计研究 |
| 关键词： | 船型优化设计;参数化建模;近似模型;阻力性能;CFD计算 |
| 摘要： | 随着航运业的复苏以及人们绿色环保意识的增强，船舶航运活动所产生的对海洋、大气环境的污染逐渐受到了国际社会的广泛关注。通过优化设计获取阻力性能优秀的船型以达到船舶节能减排目的，是实现降低船舶能效设计指数的有效途径之一。 在优化设计过程中，如何快速获取样本船型、进行精确的数值模拟以及提高优化效率是各国船舶设计者的共同研究方向。因此，本文分别在参数化船型建立、船舶阻力数值模拟以及结合近似模型与优化算法的船型优化设计这三个方面展开了分析和研究。 本文以提高船型优化效率及质量为主要目的，根据CFD数值模拟获取系列样本船型的阻力数据，建立船舶阻力近似模型，并结合优化算法进行船型参数优化。主要研究内容如下： （1）首先，本文研究了基于CATIA的参数化船型建立方法，根据典型船舶的外形特征提出了系列用以表达船型的特征参数，在建模过程中定义用户参数并通过公式与几何元素相关联，构造带有参数信息的船体特征线。通过曲面重构技术完成参数化船型的建立，实现参数驱动船型变换，为船型优化设计提供参数化模型基础，使样本船型的生成更加快捷高效。 （2）其次，关于船舶阻力的研究，根据计算流体力学理论技术进行数值模拟。基于有限体积法，采用Realizablek-Epsilon湍流模型，通过STAR-CCM+软件进行船舶阻力计算，并以VOF法模拟流场自由液面，分析船型阻力性能。此外，通过网格无关性验证，在保证计算精度的条件下确定合理的网格数量，提高了样本船型阻力数据的获取效率。 （3）最后，针对现有船型优化研究方法存在的一些局限性，本文提出了基于参数化建模并结合RBF神经网络近似模型和NSGA-Ⅱ优化算法的船型优化设计流程。在对一艘常规船型展开优化前，首先根据研究问题选取所需优化的参数，通过拉丁超立方试验设计方法选取覆盖空间的样本点，并通过参数化船型生成系列船型，以少数高精度CFD计算获取的样本数据建立近似模型，结合NSGA-Ⅱ（Non-domainsortingGeneticAlgorithm）优化算法对球鼻艏伸出长度和舭部半径参数展开以最小阻力为目标的优化设计，最终获得优化的船型。从而将原本船型优化中的离散性问题转化到高维连续的层面去分析，为寻求目标值下的最优船型参数的确切数值提供了有效的解决方法。 |
| 作者： | 马立天 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 苏绍娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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