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航行与结构性能多学科设计优化技术研究
| 论文题名： | 航行与结构性能多学科设计优化技术研究 |
| 关键词： | 船舶设计;网格;有限元;计算力学;线型优化;优化设计;螺旋桨;屈曲 |
| 摘要： | 本文针对船舶航行与结构性能多学科设计优化中的若干研究热点问题进行了系统研究。研究内容主要包括：航行与结构性能多学科设计优化的基础技术-CAD/CAE接口技术，参数化建模技术，网格自动划分技术；船舶结构性能设计优化中的屈曲强度校核研究；航行性能中的艇体水动力性能计算、绕流场仿真及线型优化；航行性能中基于数值计算法的螺旋桨设计优化。 首先介绍了船舶航行与结构数值计算方法及优化理论。其次针对有限元计算、设计优化模型的需要，建立了流体、结构、SHIDS数据库等之间的接口转换程序，实现了从SHIDS数据库中提取船型、螺旋桨数据，通过曲线差值，曲面合并，实体剖切，创建了几何模型，开发了一套适用于船、艇、桨的参数化网格自动划分程序；针对导入导出时网格缝隙问题，给出了基于邻接矩阵的网格缝隙分类及修补优化方法；针对应力集中区域的粗细网格计算精度要求，给出了将粗网格模型分析的计算结果作为细网格模型分析的边界条件的方法，实现了基于过渡单元的有限元细划分算法。结果表明，使用这些方法不仅能快速建模，而且优化后的网格布局更合理，计算精度更高；不仅兼顾整船有限元分析，而且能对关键区域进行局部分析。接下来针对船体结构屈曲问题，研究了船体共同结构规范，提出了强框架的自动识别算法，实现了船舶极格屈曲评估系统，打破了过去仅靠手工计算难以实施大规模屈曲校核的障碍，提高了船舶设计阶段的分析效率，该方法已被纳入中困船级高级屈曲评估直接计算体系。最后对满足总体布置要求但还未确定给定航速下最优阻力的潜艇，提出一种使用自动化程序进行数值计算的选优方法。对螺旋桨的数值优化，使用试验设计方法的拉丁方法探索并缩小设计空间，使用全因子法再次优化，用DFSS和Kriging模型进行鲁棒性的设计及优化。结果表明，基于自动化的数值计算不仅能对潜体阻力进行预报，且在一定程度上可以对艇型进行优选优化；螺旋桨的数值设计优化，缩短设计时间，为新型螺旋桨叶梢形状研究奠定了基础。 |
| 作者： | 李锋 |
| 专业： | 轻工信息技术与工程 |
| 导师： | 须文波 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 江南大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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