《船舶多學科設計最佳化的若干基礎問題研究》是依託武漢理工大學，由劉祖源擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：船舶多學科設計最佳化的若干基礎問題研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：劉祖源
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
船舶是一個包含多個相互耦合子學科的巨複雜系統，某些子學科的設計目標甚至相互矛盾。常規船舶設計方法是母型船法，且主要依靠設計人員的經驗，設計結果可行而非最優，其設計最佳化也往往針對某學科的單個性能指標進行，沒有兼顧各學科之間的協調，無法使設計船舶的綜合性能達到最優。多學科設計最佳化方法是近年來發展起來的用於複雜系統設計的先進方法，其主要思想是在複雜系統設計的過程中通過充分利用各個學科之間的相互作用所產生的協同效應，獲得系統的整體最優。該方法是解決船舶設計綜合最佳化的有效手段。本項目將針對多學科設計最佳化方法在船舶設計中套用的一些基礎問題如船舶系統分析及建模理論、船舶多學科設計最佳化策略及方法、船舶多學科設計最佳化的近似方法以及船舶參數化建模方法、船舶CAD與CAE集成技術等開展研究，並建立考慮水動力及結構性能的船舶多學科設計最佳化平台，由此為實現船舶的多學科設計最佳化提供理論依據和技術方法。
結題摘要
本項目按照計畫任務書要求，圍繞船舶多學科設計最佳化的套用基礎技術及支撐技術進行了系統研究，取得預期研究成果，全面完成研究任務。 1．在系統分析及建模方面，將遺傳算法引入船舶設計結構矩陣的聚類劃分中，實現了船舶的智慧型聚類劃分。為確定設計結構矩陣中各元素之間的影響程度，以Sobol方法為基礎，採用均勻試驗設計點集取代Sobol低偏差序列，提出了主效應靈敏度分析中偏方差的估計方式。 2．在求解策略及算法方面，通過改進物理規劃，結合動態偏好區間和轉動偽偏好結構技術，提出了新的多目標分級目標傳遞法，解決了Pareto解個數受限和偽偏好結構搜尋位置分布不均的問題，擴展了其搜尋範圍，提高了Pareto前沿的均勻性，並將其套用於船舶水動力性能與結構性能綜合最佳化中。 3．在近似理論和技術方面，圍繞樣本點選取的均勻試驗設計方法，針對大樣本點數均勻設計方案構造中的大計算量問題，提出了基於遺傳算法的均勻設計方案構造方法；對於變數較多而樣本點數較少的情況，提出了基於切割法的均勻設計方案構造方法。結合留一算法和變異函式，提出了基於相關性原理的動態樣本點選取方法，實現了利用性能空間特性指導樣本點的選取。 運用上述樣本點選取方法，基於徑向基神經網路建立了船舶阻力、操縱性、耐波性的近似計算模型。 4．在參數化幾何建模技術方面，套用徑向基插值函式方法實現了船體曲面局部光順變形，利用DELAUNAY三角剖分算法實現了支撐半徑的自動選擇。在基於特徵的船體曲面參數化建模方面，對傳統的能量法進行改進，將數據點處的剪力躍度平方和與應變能以加權和的形式構造全新的光順性泛函。 5．在船舶水動力性能分析方面，基於三維勢流邊界元法自主開發了船舶運動的數值計算程式，並對船舶輻射及繞射問題進行了計算；採用重疊格線技術完成了船槳舵的耦合計算分析；基於靈敏度分析方法研究了船型參數對水動力性能的影響程度，初步實現了船型參數敏感性的定量排序。 構建了一類質量力模型，以描述複雜物體運動對流場干擾的影響；發展了基於徑向基函式MC算法的切割格線法；提出了一類基於尖銳界面的非線性兩相流模型。 6．在平台開發方面，基於iSIGHT平台，以多目標分級目標傳遞法為基礎，實現了參數化建模、性能分析、近似模型的數據集成和過程集成，開發了船舶多學科設計最佳化平台，並運用該平台完成了多例船舶性能的綜合最佳化。
