基于波浪中运动和增阻的五体船片体布局优化

论文摘要

目前国内外对高性能船的研究兴趣依然有增无减。多体船出色的阻力性能和耐波性,早已引起了广泛的关注,并投入了大量的研究。但是对五体船的耐波性研究的不多,尤其是对五体船的波浪增阻的研究还比较缺乏;同时,对多体船片体布局的研究多停留在优选层面,进行多目标优化研究的还十分鲜见。本文对一艘五体船,进行了波浪中运动和增阻计算。该五体船主体和片体均为wigley船型。五体船波浪中的运动和增阻计算采用了3D面元法,其中增阻的计算采用了近场压力积分方法。为验证计算的有效性,本文将多体船耐波性的计算结果和其他文献中的试验数据对比,结果表明计算是有效的。本研究的重点是对五体船片体布局的多目标优化。在做优化之前,详细叙述了iSIGHT优化软件和水动力计算软件HydroSTAR的集成。多目标优化以减小五体船在波浪中运动和增阻为目标,以片体位置为设计变量。为探索设计变量对目标函数的影响大小和规律,采用了DOE试验设计方法进行了灵敏度分析。优化算法采用NSGA-II遗传算法,结果给出了Pareto优化解集,为五体船设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 多体船发展背景及开发现状
• 1.1.1 多体船发展背景
• 1.1.2 多体船的开发
• 1.2 多体船研究进展
• 1.2.1 多体船耐波性研究
• 1.3 本文的研究内容
• 1.3.1 五体船波浪中运动和增阻计算
• 1.3.2 五体船片体布局优化
• 1.4 本章小结
• 第2章 波浪中运动及增阻理论
• 2.1 船舶在波浪中运动的三维理论
• 2.2 波浪中船舶运动的描述
• 2.2.1 坐标系的建立和入射波描述
• 2.2.2 速度势边界条件
• 2.2.3 波浪中运动方程
• 2.3 波浪中运动的稳态解
• 2.3.1 静水力载荷
• 2.3.2 水动力载荷
• 2.3.3 稳态解
• 2.4 波浪增阻
• 2.4.1 波浪增阻的相关理论
• 2.4.2 本文采用的方法
• 2.5 本章小节
• 第3章 波浪中运动及增阻计算
• 3.1 计算模型的建立
• 3.1.1 船型及主尺度
• 3.1.2 水动力计算模型
• 3.1.3 遭遇波浪
• 3.2 运动及增阻计算结果
• 3.2.1 计算结果
• 3.2.2 片体布局对运动和增阻的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 多目标遗传算法理论
• 4.1 多目标优化问题
• 4.1.1 多目标优化问题的一般描述
• 4.1.2 Pareto 最优解
• 4.2 多目标遗传算法
• 4.2.1 多目标遗传算法分类
• 4.2.2 多目标遗传算法基本流程
• 4.2.3 非支配排序遗传算法NSGA-II
• 4.3 本章小结
• 第5章 片体布局优化
• 5.1 水动力计算软件与优化软件的集成
• 5.1.1 软件的集成
• 5.1.2 文件解析
• 5.2 片体布局优化数学模型的建立
• 5.3 DOE 试验设计分析
• 5.3.1 DOE 试验设计方法
• 5.3.2 DOE 试验设计计算结果
• 5.4 片体布局多目标优化
• 5.4.1 优化结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 附录