本文關(guān)鍵詞：多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化在風(fēng)電運維船的研究與應(yīng)用　出處：《華南理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：現(xiàn)代船舶設(shè)計往往是一項涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的系統(tǒng)工程,其中涉及到如浮性、阻力、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)性、耐波性等學(xué)科,同時各個學(xué)科之間相互耦合、相互影響。而傳統(tǒng)的船舶設(shè)計過程是一種串列進(jìn)行的設(shè)計模式,這一過程往往無法充分考慮不同學(xué)科之間的相互聯(lián)系,降低了最終優(yōu)化結(jié)果的可行性,通常得不到真正的系統(tǒng)整體最優(yōu)解。因此,本文將多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法引入到船舶設(shè)計的過程中,并且以風(fēng)電運維船的設(shè)計優(yōu)化任務(wù)為算例,詳細(xì)介紹優(yōu)化過程中涉及的理論方法和相關(guān)流程。風(fēng)電運維船作為一種新型的特種船舶,其實際用途要求該船必須具備良好的阻力性能和耐波性,同時結(jié)構(gòu)上還應(yīng)當(dāng)滿足規(guī)范的要求。根據(jù)設(shè)計優(yōu)化的目標(biāo),本文將風(fēng)電運維船優(yōu)化問題按照協(xié)同優(yōu)化算法的框架分解為阻力、結(jié)構(gòu)和耐波性三個子學(xué)科。在子學(xué)科的分析過程中,詳細(xì)介紹了其中所應(yīng)用的理論方法以及計算軟件。在學(xué)科的分析過程中,存在著建模復(fù)雜、計算耗時的問題,若是直接將其用于風(fēng)電運維船的優(yōu)化問題中,必將導(dǎo)致優(yōu)化設(shè)計的周期過長。本文中,將近似模型集成到多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化框架中,利用拉丁超立方試驗設(shè)計方法完成樣本點的選取,然后采用三種不同的近似模型方法建立近似模型,通過對模型精度的評價,選出最佳的近似模型方法。在完成子學(xué)科近似模型的建立之后,根據(jù)協(xié)調(diào)優(yōu)化算法的框架構(gòu)建出該優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型。為求解出該數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解,需要進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化問題的求解。本文對其中的一種求解方法——非支配排序遺傳算法進(jìn)行了介紹,并運用該算法求解出該優(yōu)化問題的Pareto最優(yōu)解集。在最優(yōu)解集中選取了三個Pareto解進(jìn)行比較分析,以其中較為均衡的解作為風(fēng)電運維船優(yōu)化問題的最優(yōu)方案。另外,本文還將最優(yōu)方案與實際的理論計算結(jié)果進(jìn)行了比較,驗證了文中求解方法的有效性。本文利用多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法完成風(fēng)電運維船概念設(shè)計中的優(yōu)化任務(wù),為多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法在船舶和海洋工程領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用積累了經(jīng)驗。
[Abstract]:Modern ship design is often a multi-disciplinary, multi-domain system engineering, which involves such disciplines as floatability, resistance, structure, stability, wave resistance, and so on. At the same time, each discipline is coupled with each other. The traditional ship design process is a serial design pattern, which often fails to fully consider the interrelation between different disciplines, which reduces the feasibility of the final optimization results. Therefore, this paper introduces the multidisciplinary design optimization method into the ship design process, and takes the wind power operation and maintenance ship design optimization task as an example. As a new type of special ship, the practical use of the ship requires that the ship must have good resistance performance and wave resistance. At the same time, the structure should also meet the requirements of the specification. According to the design optimization objectives, this paper decomposes the wind power ship optimization problem into resistance according to the framework of cooperative optimization algorithm. In the analysis process of the subdiscipline, the theoretical method and the calculation software are introduced in detail. In the course of the analysis of the subject, the modeling is complicated. If it is directly used in the optimization of wind power operation and maintenance ship, the period of optimization design will be too long. In this paper, the approximate model is integrated into the multidisciplinary design optimization framework. The Latin hypercube experimental design method is used to select the sample points, and then three different approximate model methods are used to establish the approximate model, and the accuracy of the model is evaluated. The optimal approximate model method is selected. After the subdiscipline approximate model is established, the mathematical model of the optimization problem is constructed according to the framework of the coordinated optimization algorithm. In order to solve the optimal solution of the mathematical model. It is necessary to solve the multi-objective optimization problem. In this paper, an undominated sorting genetic algorithm, which is one of the solving methods, is introduced. The Pareto optimal solution set of the optimization problem is solved by using the algorithm. Three Pareto solutions are selected in the optimal solution set for comparative analysis. The more balanced solution is used as the optimal scheme for wind power ship operation and maintenance optimization problem. In addition, the optimal scheme is compared with the actual theoretical results. The effectiveness of the method is verified. In this paper, multidisciplinary design optimization method is used to complete the optimization task in the conceptual design of wind power operation and maintenance ship. It has accumulated experience for the further application of multidisciplinary design optimization method in the field of ship and marine engineering.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U674.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1424490