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多学科设计优化在小水线面双体船中的研究与应用
| 论文题名： | 多学科设计优化在小水线面双体船中的研究与应用 |
| 关键词： | 小水线面双体船;多学科设计优化;流体阻力;结构应力;SWATH概念设计 |
| 摘要： | 小水线面双体船(Small Water-Plane-Area Twin Hull，SWATH)是上个世纪70年代出现的一种高性能船舶，其集成了潜艇、水翼艇和双体船的性能优点，是一种性能优异的新型船舶形式。 在实际工程中，SWATH的设计是一个涉及流体阻力、结构应力、推进动力和控制等方面的复杂问题，其设计过程是一项涵盖了多学科、多领域分析的综合系统工程。对于传统的设计方法，由于方法本身的单学科局限，使得在设计过程中造成SWATH多学科合理解的缺失，从而不能很好地满足工程技术发展的需求，或由于设计流程在学科之间的反复迭代导致设计周期过长。本文将多学科设计优化方法(Multidisciplinary Design Optimization，MDO)引入到SWATH的设计当中，以期克服现有设计方法所存在的不足。 本文探索了MDO方法在SWATH概念设计中的应用途径，以减少SWATH的每海里油耗量为总体目标，在协同优化(Collaborative Optimization，CO)算法的建立了系统级与学科级优化框架。在SWATH的概念设计中，主要将其分为外形阻力与结构两个子学科来进行综合考虑。在多学科模型构建过程中，详细研究了两个学科在SWATH设计中的分析方法，结合Solid Works、Fluent和ANSYS等造型和分析工具以及数值计算方法来获取各学科内设计参量的响应值。 由于在上述两个学科分析中，参数值和响应值之间的关系无法用精确的数学模型来表达，且模型过于复杂不易于进行优化。在本文中，引入了代理模型技术，在综合分析常用的三种代理模型优缺点的基础上，选取kriging模型来对参数值和响应值之间的关系进行高精度拟合。并将其融合于协同优化框架之中，在系统层面的最底层运用粒子群优化算法对目标进行优化。最后的结果表明计算性能良好，该方法使得SWATH的油耗率在原基础上减小了8.62[％]。 本文的研究工作将新的多学科设计优化方法引入到SWATH的概念设计之中，是SWATH设计方法一种新的尝试，它同时也为以后在SWATH或其它船舶设计研究当中有效运用多学科优化方法提供了有价值的参考。 |
| 作者： | 徐杰 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 邱浩波;高亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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