最小阻力船型优化方法研究

论文摘要

在船舶主尺度、排水量、航速给定的条件下,设计出最小阻力船型,一直是船舶设计者孜孜以求的目标。为了达到这一目的,以前主要是利用模型试验方法,比较若干个船型方案,从中选择阻力性能最好的船型。然而,这种方法不仅要耗费大量的劳力,财力和时间,而且还有一定的局限性。因此,本文试图采用理论计算方法,来探讨最小阻力船型的优化设计方法。目前,船型优化研究大多从兴波阻力角度出发,多数采用非线性规划法中的SUMT法和二次规划法等,这些优化方法的适用性和可行性已经得到了证实。本文结合LINGO软件采用非线性规划法中的顺序线性规划法来探讨最小阻力船型的优化设计。以总阻力为目标函数,总阻力以兴波阻力和摩擦阻力之和来表示,其中,兴波阻力用Michell积分法来计算,摩擦阻力用相当平板摩擦阻力公式来表示;设计变量的选取考虑了两种形式:一种以船体表面型值表示,另一种以船型修改函数的参数表示;基本约束条件为:保证必要的排水量和船体型值非负,其他的附加约束根据实际情况添加。针对以上方法,本文首先以船体型值为设计变量对Wigley船型和S-60船型的首部、全船进行了优化分析。接着,运用船型修改函数对Wigley船型和S-60船型首部进行了优化分析。将上述优化结果与SUMT法优化计算结果作比较,结果表明本文提出的优化方法是可行的,达到了预期的目的。并把船型修改函数的优化计算结果与船体型值作为设计变量的优化计算结果作比较,结果表明以较少的参数进行船型优化,达到了同样的降阻效果,减少了设计变量个数。本文提出的优化方法算法借助于LINGO软件来实现,优化结果表明运用LINGO软件做船型优化是可行的,节省了人为编制算法的时间,提高了工作效率,为以后的船型优化研究提供了一种研究方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的理论意义
• 1.2 船型优化国内外研究综述
• 1.3 LINGO优化软件介绍
• 1.4 本文研究内容
• 2 兴波阻力数值计算方法
• 2.1 兴波阻力理论发展回顾
• 2.2 兴波阻力理论
• 2.2.1 船体阻力成因
• 2.2.2 船舶阻力分类
• 2.3 线性兴波阻力理论
• 2.3.1 基本假设和边界条件
• 2.3.2 薄船理论
• 2.3.3 Michell积分
• 2.3 Wisley船型算例
• 3 船型优化方法
• 3.1 船型优化模型的建立
• 3.1.1 取船体型值作为设计变量建立优化模型
• 3.1.2 取船型修改函数的参数作为设计变量建立优化模型
• 3.2 非线性规划法
• 3.2.1 顺序线性规划法
• 3.2.2 SUMT法
• 3.3 LINGO软件与优化模型的接口
• 4 船型优化算例
• 4.1 取船体型值作为设计变量进行船型优化
• 4.1.1 Wigley船型
• 4.1.2 S-60船型
• 4.1.3 约束条件对船型优化结果的影响
• 4.2 利用船型修改函数进行船型优化
• 4.2.1 Wigley船型首部优化
• 4.2.2 S-60船型首部优化
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 攻读硕士学位期间参与项目情况
• 致谢